L'influence de Maxwell sur L'évolution de la Conception de la Réalité Physique

A l'admiration pour cet homme sublime doit s'ajouter un autre sentiment d'admiration et de vénération, qui s'adresse non plus à un être humain, mais à l'harmonie énigmatique de la nature au milieu de laquelle nous sommes nés. Dès l'Antiquité, les hommes ont imaginé les courbes répondant aux lois les plus simples possibles : parmi elles, à côté de la ligne droite et du cercle, l'ellipse et l'hyperbole. Or nous voyons ces formes réalisées dans les trajectoires suivies par les corps célestes, du moins avec une grande approximation.

Il semble que la raison humaine soit tenue de construire tout d'abord, indépendamment, les formes, avant de pouvoir en démontrer l'existence dans la nature. Il ressort étonnamment bien des travaux admirables auxquels Kepler a consacré sa vie, que la connaissance ne peut pas dériver de l'expérience seule, mais qu'il lui faut la comparaison de ce que l'esprit humain a conçu avec ce qu'il a observé.

L'INFLUENCE DE MAXWELL SUR L'ÉVOLUTION DE LA

CONCEPTION DE LA RÉALITÉ PHYSIQUE

A l'occasion du centième anniversaire de la naissance de Maxwell. Paru en 1931 dans James Clerk Maxwell: A Commemoration Volume, Cambridge University Press.

La foi en un monde extérieur indépendant du sujet qui le perçoit se trouve à la base de toute science de la nature. Comme cependant les perceptions des sens ne donnent que des renseignements indirects sur ce monde extérieur, sur ce " réel physique " ce dernier ne peut être saisi par nous que par voie spéculative. Il résulte de là que nous que nos conceptions du réel physique ne peuvent jamais être définitives. Si nous voulons être d'accord d'une manière logique aussi parfaite que possible avec les faits perceptibles, nous devons toujours être prêts à modifier ces conceptions, autrement dit le fondement axiomatique de la physique. De fait, un coup d'oeil sur l'évolution de la physique nous permet de constater que ce fondement a subi, au cours des temps, de profonds changements.

La plus grande modification du fondement axiomatique de la physique ou de notre conception de la structure du réel, depuis la fondation de la physique théorique par Newton, a été provoquée par les recherches de Faraday et de Maxwell sur les phénomènes électromagnétiques. Nous allons essayer maintenant de nous représenter cela plus exactement, en examinant l'évolution qui a précédé ces recherches et celle qui les a suivies.

D'après le système de Newton, le réel physique est caractérisé par les concepts d'espace, de temps, de point matériel, de force (équivalent à l'action réciproque entre les points matériels). Les phénomènes physiques doivent, d'après Newton, se comprendre comme des mouvements de points matériels dans l'espace, mouvements régis par des lois. Le point matériel est l'unique représentant du réel, pour autant que ce dernier est variable. Les corps perceptibles ont donné manifestement naissance à l'idée du point matériel ; on s'est imaginé le point matériel comme l'analogue des corps mobiles auxquels on aurait retiré les caractères de forme, d'étendue, d'orientation dans l'espace toutes les propriétés intrinsèques, en ne conservant que l'inertie et la translation et en introduisant l'idée de force. Ces corps matériels, qui ont provoqué psychologiquement la formation du concept " point matériel ", devaient alors, de leur côté, être conçus comme des systèmes de points matériels. A noter que ce système théorique est, dans son essence, un système atomique et mécanique. Tout fait devait être conçu comme purement mécanique, c'est-à-dire comme de simples mouvements de points matériels soumis à la loi du mouvement de Newton.

Le point de ce système théorique le moins satisfaisant (en dehors de la difficulté, à nouveau discutée dans ces derniers temps de l'espace absolu) se rencontrait surtout dans la théorie de la lumière que Newton, conséquent avec lui-même, concevait également comme constituée de points matériels. Mais déjà à cette époque la question suivante brûlait les lèvres : qu'advient-il des points matériels constituant la lumière lorsque celle-ci est absorbée ? Sans compter qu'il est bien peu satisfaisant à l'esprit de considérer des points matériels de nature aussi différente que ceux que l'on doit admettre pour représenter les matières pondérables d'une part et la lumière de l'autre. A cela sont encore venus s'ajouter plus tard les corpuscules électriques, comme troisième sorte de points matériels, avec des propriétés fondamentalement différentes. Enfin la base présentait encore un point faible, c'est qu'il fallait admettre tout à fait hypothétiquement et arbitrairement les forces d'action réciproque déterminant le devenir. Néanmoins cette conception de réel a été fort féconde : comment s'est-il fait que l'on se soit senti incité à l'abandonner ?

Pour arriver à donner une forme mathématique à son système, Newton a dû trouver nécessairement l'idée des dérivées et établir les lois du mouvement sous la forme d'équations différentielles totales ; c'est là peut-être le plus grand pas en avant qu'il ait jamais été donné à un homme de faire dans le domaine de la pensée. Pour cela, les équations différentielles partielles n'étaient pas nécessaires et Newton n'en a pas fait un usage méthodique. Mais les équations différentielles partielles étaient indispensables pour formuler la mécanique des corps déformables ; ceci est dû au fait que, dans ces problèmes, le mode et la manière selon lesquels on conçoit ces corps comme formés de points matériels n'ont joué tout d'abord aucun rôle.

Mais, si l'équation différentielle partielle s'est présentée comme une servante dans la physique théorique, elle y a pris peu à peu une place dominante. Ceci a commencé au XIXe siècle lorsque, sous la pression des faits d'observation, la théorie ondulatoire de la lumière l'a emporté. On a conçu la lumière dans l'espace vide comme un phénomène de vibration de l'éther et nécessairement il a paru oiseux de considérer ce dernier comme un conglomérat de points matériels. Ici, pour la première fois, l'équation différentielle partielle est apparue comme l'expression naturelle des phénomènes élémentaires de la physique. C'est ainsi que le champ continu est intervenu dans un domaine particulier de la physique théorique, à côté du point matériel comme représentant du réel physique. Ce dualisme n'a pas encore disparu jusqu à présent, si gênant qu'il doive paraître à tout esprit systématique.

Mais si l'idée du réel physique avait cessé d'être purement atomique, elle continua d'abord à être purement mécanique ; on essayait toujours d'interpréter chaque fait comme un mouvement de masses inertes et l'on ne pouvait même pas imaginer une autre manière de concevoir. C'est alors que survint le grand bouleversement, auquel resteront liés pour toujours les noms de Faraday, Maxwell et Hertz ; mais c'est Maxwell qui dans cette révolution a eu la part du lion. Il a montré que tout ce qu'on savait, à cette époque, de la lumière et des phénomènes électromagnétiques est représenté par son système double bien connu d'équations différentielles partielles, dans lesquelles le champ électrique et le champ magnétique figurent comme variables dépendantes. Maxwell, à vrai dire, a cherché à donner une base à ces équations ou à les justifier au moyen d'idées de la mécanique.

Mais il s'est servi de plusieurs constructions de cette nature les unes à côté des autres et n'en a pris aucune réellement au sérieux, en sorte que seules les équations elles-mêmes ont paru comme l'essentiel et les forces du champ qui y figurent comme des entités élémentaires non susceptibles d'être rapportées à autre chose. Au tournant du siècle, la conception du champ électromagnétique comme entité irréductible s'était déjà imposée d'une manière générale, et les théoriciens les plus sérieux n'accordaient plus confiance à la justification, ou à la possibilité d'un fondement mécanique pour les équations de Maxwell. Bientôt même, tout au contraire, on s'efforça d'expliquer par la théorie du champ, à l'aide de la théorie de Maxwell, les points matériels et leur inertie ; mais ces efforts ne furent pas, finalement, couronnés de succès.

Si, négligeant les résultats importants particuliers que les travaux qui ont rempli la vie de Maxwell ont obtenus dans les principaux domaines, de la physique, on porte plus spécialement son attention sur la modification qu'ils ont fait subir à la conception de la nature du réel physique, voici ce qu'on peut dire : avant Maxwell, on s'imaginait le réel physique (en tant que représentant les phénomènes de la nature), comme des points matériels dont les modifications ne consistent qu'en mouvements, réglés par des équations différentielles partielles. Après Maxwell, on a conçu le réel physique comme représenté par des champs continus, non explicables mécaniquement, réglés par des équations différentielles partielles. Cette modification de la conception du réel est le changement le plus profond et le plus fécond que la physique ait subi depuis Newton ; mais il faut avouer aussi que l'on n'est nullement parvenu encore à réaliser définitivement le programme envisagé. Les systèmes physiques établis depuis, qui ont été couronnés de succès, constituent plutôt des compromis entre les deux programmes et, précisément à cause de leur caractère de compromis, portent la marque du provisoire et du logiquement imparfait, bien que chacun en particulier ait réalisé de grands progrès.

Il faut d'abord citer la théorie des électrons de Lorentz, dans laquelle le champ et les corpuscules électriques interviennent conjointement comme des éléments de même valeur dans la conception du réel. Il est venu ensuite la théorie de relativité restreinte et de relativité généralisée qui, bien que basée entièrement sur des considérations de la théorie du champ, n'a pas pu jusqu'à présent éviter l'intervention indépendante des points matériels et les équations différentielles totales.