Certaines entités physiques clés, comme la vacuité de l'espace, les particules élémentaires ou la fonction d'onde, semblent être purement mathématiques dans le sens où leurs seules propriétés intrinsèques sont des propriétés mathématiques.

La principale objection à l'affirmation "scientifique" selon laquelle la physique décrit le monde tel qu'il est en soi est qu'on ne peut pas "éliminer" la contribution humaine. Autrement dit, l'image scientifique du monde, comme toute autre, est façonnée de manière indélébile par nos intérêts, nos pratiques et nos préjugés.

Physique et chimie ne sont pas très dissemblables et il ne semble pas y avoir de grande différence quant au genre de choses auxquelles elles s'appliquent, sauf que la chimie, comme on l'entend généralement, ne marche plus à très haute température et peut-être aussi, à très basse. Il ne serait donc pas très surprenant que les espoirs, entretenus depuis longtemps, que la chimie puisse être réduite à la physique, se réalisent, comme cela semblent se faire... par une réduction, je veux dire, bien sûr, qui fera que toutes les découvertes de la chimie pourront être pleinement expliquées par (c'est-à-dire, déduites) des principes de la physique.

Je veux que vous posiez une question, aussi précise et claire que possible – une question dont vous ne connaissez pas encore la réponse, mais que vous désirez désespérément connaître et que vous espérez connaître un jour. Imaginez être David Hilbert. Le millénaire approche. Lancez un défi aux théoriciens quantiques du XXIe siècle. Listez les questions clés auxquelles ils devraient chercher des réponses. Des questions difficiles, mais pas irrémédiablement difficiles, des questions dont les réponses pourraient transformer notre compréhension du fonctionnement du monde physique. J'ai besoin de savoir quelle est la question. Alors, peut-être, je pourrai m'investir davantage dans la recherche de la réponse.  

La physique est la plus prétentieuse de toutes les sciences, puisqu'elle prétend aborder toute la réalité physique. Le physicien peut avouer son ignorance quant à un système particulier - une tempête de neige, un organisme vivant, un régime météorologique - mais il n'admettra jamais que celui-ci se situe en dehors du domaine de la physique. Le physicien croit que les lois de la physique, plus la connaissance des conditions aux limites pertinentes, sont suffisantes pour expliquer, en principe, tous les phénomènes de l'univers. Ainsi, l'univers entier, du plus petit fragment de matière au plus grand assemblage de galaxies, devient le domaine du physicien - vaste laboratoire naturel pour l'interaction des forces de la nature.

Toute opinion concernant la forme sous laquelle l'énergie de la gravitation existe dans l'espace est d'une grande importance, et celui qui pourra établir une hypothèse vraisemblable aura fait un progrès énorme dans le domaine de la physique. L'universalité apparente de la gravitation et l'égalité de ses effets sur toutes les matières sont des faits très remarquables, jusqu'ici sans exception ; mais ce sont des faits purement expérimentaux, susceptibles d'être corrigés par la constatation d'une seule exception. Nous ne pouvons pas concevoir de matière ayant une inertie ou une masse négative ; mais nous ne voyons aucun moyen de rendre compte de la proportionnalité de la gravitation avec la masse par une méthode de démonstration légitime. Si nous voyons les queues des comètes se diriger dans la direction opposée au soleil avec une vitesse accélérée, et si nous croyons que ces queues sont de la matière et non des illusions d'optique ou de simples traces de perturbations vibratoires, alors nous devons admettre une force dans cette direction, et nous pouvons établir qu'elle est causée par le soleil si elle est toujours liée à la position et à la distance de ce dernier.

La physique fondamentale est confrontée à un ralentissement des progrès. Après les découvertes révolutionnaires du XXe siècle, comme la relativité générale et la théorie quantique, le début du XXIe siècle a surtout confirmé ces théories sans apporter de nouvelles percées majeures. Les physiciens reconnaissent que leur compréhension des lois de la nature est incomplète. Ils ne savent pas pourquoi certaines particules ont une masse, ce qui maintient les galaxies ensemble, ou quelle énergie provoque l'expansion de l'univers. Le plus grand défi est l'échelle : les physiciens manquent d'équations pour décrire les événements se déroulant à des échelles extrêmement petites, comme celles impliquées dans la formation des trous noirs.

Limites des Expériences Actuelles

Les physiciens des particules ont repoussé les limites de leur ignorance en utilisant des accélérateurs de particules, comme le Grand collisionneur de hadrons (LHC) en Europe. Cependant, construire des accélérateurs encore plus grands pour explorer des échelles plus petites pose des défis financiers et technologiques considérables. Bien que des expériences non basées sur des collisionneurs cherchent des déviations subtiles par rapport aux prédictions, les physiciens se heurtent à des limites similaires à mesure que leurs expériences deviennent plus complexes.

Nouvelles Approches : L'Astrophysique

Face à ces défis, les physiciens se tournent vers l'astrophysique pour trouver des indices sur les lois fondamentales de la nature. Les événements cosmiques, tels que les explosions d'étoiles et les collisions de trous noirs, sont beaucoup plus extrêmes que ce qui peut être recréé en laboratoire.

Ondes Gravitationnelles

Une des pistes prometteuses est la détection des ondes gravitationnelles, des ondulations dans l'espace-temps causées par des événements cataclysmiques. Les chercheurs espèrent que le projet LISA (Laser Interferometer Space Antenna), prévu pour les années 2030, détectera des ondes gravitationnelles générées juste après le Big Bang, offrant un aperçu des lois physiques à cette époque.

Cartographie des Galaxies

Une autre approche consiste à cartographier les galaxies pour étudier la distribution des particules quantiques après le Big Bang. Cette analyse pourrait révéler des événements quantiques qui ont eu lieu à l'aube de l'univers.

Mystères Actuels

Les physiciens étudient également des phénomènes inexplicables dans l'univers moderne, comme une explosion lumineuse observée en 2022, qui pourrait impliquer des particules de matière noire.

Conclusion

Décoder ces indices subtils de nouvelle physique dans le cosmos demandera des années de théorisation, de planification, d'observation et d'analyse. Cependant, avec un peu de chance, cela pourrait conduire à une nouvelle révolution en physique. L'article souligne l'importance de l'astrophysique comme nouvelle frontière pour explorer les lois fondamentales de la nature.

Je défends une position radicalement épistémologique : les " lois " de la physique n'existent pas réellement en tant que structures objectives et définitives, mais comme des constructions humaines, des modèles mathématiques cohérents appliqués à des fragments de la réalité concernés.​

1) Ce que nous appelons " lois " — qu'il s'agisse des équations de Newton, de Schrödinger ou d'Einstein — ne sont que des formulations mathématiques cohérentes qui déterminent certains aspects du monde ; elles ne sont ni universelles ni immuables. Leur nature évolutive reflète directement l'état de notre savoir empirique, et non une vérité ontologique préexistante. Autrement dit, le physique fonctionne par approximation successive, jamais par révélation finale.​

2) La recherche scientifique est comme une pelure d'oignon infinie : " À mesure que nous découvrons davantage sur la nature, nous affinons nos descriptions, mais c'est sans fin ".  Ainsi, chaque progrès ne dégage pas une vérité absolue mais une couche  supplémentaire vers une compréhension sans conclusio. La tentative de formuler des " lois ultimes " constitue l'illusion métaphysique héritée d'un désir humain de clôture rationnelle.​

3) La quête d'une théorie unifiée du réel ne rime à rien.  Je vois dans les approches telles que la théorie des cordes ou le rêve einsteinien d'une " théorie du tout " un excès de confiance : toute théorie reste provisoire, conditionnée par la portée de nos instruments et de notre cognition.  L'idée que l'humanité du XXIᵉ siècle ait atteint une formulation définitive est totalement irréaliste, notamment avec la mécanique quantique : Il est difficile d'imaginer qu'à mille ans d'ici, on utilisera encore la mécanique quantique pour décrire fondamentalement la nature ; quelque chose  la remplacera, comme elle-même a remplacé Newton.  

4) Si l'hypothèse des multivers est exacte, alors chaque univers obéit à ses propres régularités ; parler d'une loi générale de la physique revient dès lors à confondre description locale et universalité absolue. L'humanité, confinée à un seul univers, ne peut prétendre extrapoler ses équations à l'ensemble du réel.​

5) Pour conclure : l'absence de " lois éternelles " n'affaiblit pas la science ; elle la rend au contraire plus créative et ouverte. La physique n'a pas pour vocation d'acquérir le savoir, mais celle d'enrichir perpétuellement notre représentation du monde. Imaginer que la connaissance serait " bloquée " à jamais sur la mécanique quantique est une pensée véritablement déprimante.​

La physique n'est pas la découverte d'un ordre transcendant, mais une entreprise indéfiniment perfectible, ancrée dans la relation dynamique entre l'esprit humain, les mathématiques et la matière.

Les quatre forces de la nature 

La force est le moteur du changement. Un tir d'un hockeyeur propulse la rondelle vers le filet ; la friction entre la rondelle et la glace la ralentit. Étonnamment, la multitude de changements observés dans l'univers s'explique par quatre forces fondamentales seulement. 

La première force que les physiciens ont comprise est la première dont nous prenons tous conscience : la gravité. La gravité attire tout objet doté d'une masse ou d'une énergie vers d'autres objets possédant une masse ou une énergie. En effet, selon la théorie de la relativité générale d'Albert Einstein, la masse et l'énergie déforment l'espace et le temps ; tout objet semblera suivre une trajectoire courbe en suivant ces distorsions. 

La deuxième force démystifiée par les physiciens est l'électromagnétisme, qui agit sur les objets chargés électriquement, positivement ou négativement, comme les protons et les électrons (ou tout ce qui contient un nombre déséquilibré de ces particules). Outre l'électricité statique des cheveux et les aimants des réfrigérateurs, l'électromagnétisme assure la majeure partie de la cohésion de la matière. Il maintient les électrons en orbite autour du noyau atomique, agrège les atomes en molécules et les lie pour former des tables, des chaises et des êtres humains. Toute attraction et répulsion électromagnétique peut être décrite par l'échange de photons, ces particules sans masse qui composent la lumière. 

Les deux autres forces sont moins connues, car elles n'agissent qu'au cœur de l'atome. L'une d'elles est l'interaction forte, qui lie les particules fondamentales du noyau, les quarks. L'interaction forte agit sur les objets possédant une charge poétiquement appelée " couleur ", ce qui lui permet de rassembler les quarks, mais pas les structures plus grandes et " de couleur neutre " comme les atomes, les molécules ou les êtres humains. L'interaction forte est si puissante que les quarks ne peuvent jamais s'échapper du noyau pour flotter librement dans l'espace. Ainsi, la charge colorée déséquilibrée – et l'interaction forte elle-même – restent piégées à l'intérieur du noyau. 

La dernière force, à notre connaissance, est appelée force faible. Son principal effet est de transformer un type de particule (un quark, par exemple) en un autre. Ce type de transformation est à l'origine d'événements radioactifs tels que la désintégration bêta, où un quark mutant à l'intérieur d'un neutron transforme ce dernier en proton, émettant au passage un électron et un neutrino. Une variante de ce processus permet au Soleil de fusionner des protons et de briller. La force faible reste à l'intérieur du noyau car elle est transportée par des particules – les bosons W et Z – dont les masses importantes limitent leur portée. 

Quoi de neuf et d'intéressant

L'interaction forte, l'interaction faible et l'électromagnétisme, ainsi que les particules sur lesquelles ils agissent, forment le " Modèle standard " de la physique des particules, une théorie du monde quantique élaborée dans les années 1970 et validée par d'innombrables expériences.  

Depuis des décennies, les physiciens soupçonnent que les forces du Modèle standard pourraient toutes être des ombres d'une même super-force, révélée lorsque des particules entrent en collision avec une violence suffisante. Les chercheurs savent déjà que lors de collisions extrêmement énergétiques, les bosons de force faible perdent leur masse et agissent de manière indiscernable des photons, et la force faible fusionne avec la force électromagnétique pour former l'interaction " électrofaible ". À des énergies encore plus élevées, la force forte intervient-elle ? 

De nombreux physiciens ont autrefois cru que c'était le cas, car à une certaine énergie très élevée, les trois forces sont censées avoir une intensité similaire (l'interaction forte s'affaiblit à haute énergie tandis que l'interaction électrofaible s'intensifie). Mais les expériences visant à étudier la désintégration des protons, qui serait un effet secondaire de cette " grande unification " des forces, ont jusqu'à présent échoué . 

La force faible fascine également les physiciens car c'est la seule force à présenter une " chiralité ", c'est-à-dire à traiter les particules qui tournent dans un sens différemment de celles qui tournent dans le sens opposé. Ce traitement particulier pourrait expliquer pourquoi toutes les espèces sur Terre utilisent un ADN qui tourne dans la même direction. ( Des effets magnétiques subtils offrent une autre explication possible .)

Et même si les physiciens connaissent l'équation qui régit l'interaction forte, elle ne peut être résolue mathématiquement dans la vie de tous les jours. Ils doivent donc s'appuyer en grande partie sur des expériences pour observer l'intérieur du proton . 

Enfin, il y a la gravité,  baleine blanche de la physique moderne. Bien que la relativité générale fonctionne bien dans presque toutes les situations, les physiciens espèrent à terme redéfinir la gravité en termes d'échange de particules quantiques. La gravité possède des caractéristiques qui la rendent totalement différente des autres forces et donc difficile à intégrer dans le même langage particulaire. Mais curieusement, certains calculs gravitationnels sont égaux au carré de certains calculs particulaires – un lien mystérieux entre la gravité et les autres forces que les physiciens tentent encore de comprendre.