Manuel de physique contemporaine

Par Simone Malacrida

Cet ouvrage traite de manière synthétique de toutes les théories de la physique contemporaine, de la relativité (restreinte et générale) à la mécanique quantique et la théorie quantique des champs, en passant par la physique nucléaire et des particules. De plus, les rudiments de physique des plasmas, de l'état solide, des semi-conducteurs et de la théorie des groupes sont exposés.
L'approche de ce manuel est d'aborder directement le formalisme mathématique et de présenter les principales équations de chaque théorie, en expliquant leur sens et leurs conséquences ainsi que les problèmes laissés ouverts.
Le fil logique qui relie les différents paragraphes est donné par un dépassement des anciennes théories pour répondre à de nouveaux besoins ; en attendant, deux grandes orientations de la physique contemporaine seront mises en lumière : la tendance à l'unification des théories physiques et le rôle fondamental de l'énergie dans les équations sous-jacentes à chacune d'entre elles.

• Langue: Français
• Éditeur: Simone Malacrida
• Date de sortie: 12 janv. 2023
• ISBN: 9798215156452

Simone Malacrida

Simone Malacrida (1977) Ha lavorato nel settore della ricerca (ottica e nanotecnologie) e, in seguito, in quello industriale-impiantistico, in particolare nel Power, nell'Oil&Gas e nelle infrastrutture. E' interessato a problematiche finanziarie ed energetiche. Ha pubblicato un primo ciclo di 21 libri principali (10 divulgativi e didattici e 11 romanzi) + 91 manuali didattici derivati. Un secondo ciclo, sempre di 21 libri, è in corso di elaborazione e sviluppo.

Aperçu du livre

Manuel de Physique Contemporaine

SIMONE MALACRIDA

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Cet ouvrage traite de manière concise de toutes les théories de la physique contemporaine, de la relativité (restreinte et générale) à la mécanique quantique et la théorie quantique des champs, en passant par la physique nucléaire et des particules. De plus, les rudiments de la physique des plasmas, de la physique du solide, de la physique des semi-conducteurs et de la théorie des groupes sont exposés.

L'approche de ce manuel est de traiter directement du formalisme mathématique et de présenter les principales équations de chaque théorie, en expliquant leur sens et leurs conséquences ainsi que les problèmes laissés ouverts.

Le fil logique reliant les différents paragraphes est donné par un dépassement des anciennes théories pour répondre aux nouvelles exigences ; en attendant, deux grandes orientations de la physique contemporaine seront soulignées : la tendance à l'unification des théories physiques et le rôle fondamental de l'énergie dans les équations sous-jacentes à chacune d'elles.

Simone Malacrida (1977)

Ingénieur et écrivain, il a travaillé sur la recherche, la finance, la politique énergétique et les installations industrielles.

INDEX ANALYTIQUE

INTRODUCTION

SYSTÈME INTERNATIONAL

PRÉFIXES

CONSTANTES PHYSIQUES

OPÉRATEUR NABLA

APERÇU DU CALCUL TENSORIELLE

I – LA THEORIE DE LA RELATIVITE SPECIALE

II – ÉLECTROMAGNÉTISME

III – LES PROBLÈMES DE PHYSIQUE CLASSIQUE

IV – MÉCANIQUE QUANTIQUE

V – LA THÉORIE QUANTIQUE DES CHAMPS

VI – NUCLEAIRE, PHYSIQUE DES PARTICULES ET UNIFICATIONS

VII – LA THÉORIE DE LA RELATIVITÉ GÉNÉRALE ET L'ASTROPHYSIQUE

ANNEXE 1 – PHYSIQUE DES PLASMA

ANNEXE 2 – PHYSIQUE DE L'ETAT SOLIDE ET DU SEMI-CONDUCTEUR

ANNEXE 3 – LA THÉORIEDE GROUPES

APOSTILLE

INTRODUCTION

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Raconter la physique contemporaine, et l'histoire de cette science, parler de ce qui s'est passé au cours des 150 dernières années est désormais assez fréquent, surtout si l'on considère les domaines d'application de la relativité, de l'électromagnétisme, de la mécanique quantique et de la physique nucléaire.

Il existe de nombreux écrits populaires, surtout s'ils se réfèrent à un seul secteur mentionné ci-dessus et il existe, en outre, des bibliothèques entières de textes spécialisés au niveau universitaire et bien au-delà.

Habituellement, ces deux typologies antithétiques et complémentaires ont en commun la caractéristique d'une certaine longueur des écrits. Expliquer à un niveau populaire ou énoncer des théories, avec des équations et des conséquences, sont des exercices qui nécessitent un grand nombre de mots et de pages.

Ce court manuel, d'autre part, a un laconisme typique dû à l'extrême synthèse dans l'exposition de certains concepts et de certains effets.

Les discours totalement informatifs ne seront pas abordés, ni tous les passages mathématiques nécessaires ou les prérequis scientifiques ne seront exposés pour bien comprendre ces théories. Néanmoins, toutes les principales équations de ce siècle et demi seront énoncées et expliquées, passant d'une théorie à l'autre.

De plus, nous ne suivrons pas un ordre purement chronologique, mais plutôt logique, en commençant par une année considérée comme fondamentale, 1905, puis en remontant avant de continuer le long du XXe siècle. Même plus tard, nous laisserons l'exposition de la relativité générale à la fin, anticipant à la place des théories qui ont été énoncées des décennies plus tard.

Cet ordre logique fait partie d'une vision personnelle de l'auteur (et il ne pouvait en être autrement), mais il aidera certainement à comprendre dans quelle direction ont évolué les connaissances physiques contemporaines.

Les sept paragraphes de ce manuel sont quelque peu indépendants les uns des autres, chacun d'eux traitant d'un sujet qui lui est propre. Il est vrai qu'il existe un fil logique qui relie tous les paragraphes et qui constitue la colonne vertébrale du manuel, ainsi que l'idée initiale dont il est issu. C'est précisément en suivant ce fil logique que vous verrez tous ces parallèles et toutes ces innovations, bien souvent inconnues même des initiés.

Pour cette raison, au moins trois sujets sont omis de la partie principale du livre et présentés dans l'annexe. Le fil logique qui a été choisi pour la description de la physique contemporaine est indépendant de la physique des plasmas, de la physique du solide et de la théorie des groupes. Néanmoins, ces arguments font partie de la physique contemporaine et c'est pourquoi ils seront de toute façon énoncés, bien que, comme déjà mentionné, dans l'annexe.

En bref, nous pouvons résumer les sujets des sept paragraphes qui constituent le cœur de ce manuel, comme suit :

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1) La théorie restreinte de la relativité

2) Électromagnétisme et équations de Maxwell

3) Les problèmes de la physique classique

4) La mécanique quantique et la réconciliation avec la relativité restreinte

5) La seconde quantification et la théorie quantique des champs

6) Interactions nucléaires, physique des particules et unification des forces

7) Relativité générale et conséquences astrophysiques

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Comme on peut le voir à partir de cette liste succincte de sujets, chaque paragraphe à lui seul ferait l'objet d'un livre entier, et pour chacun de ces domaines de la physique, il existe des cours universitaires complets. Il est donc évident qu'il ne peut y avoir d'exhaustivité dans la description de tant de phénomènes en si peu de pages.

Ce manuel n'a certainement pas une prétention aussi irréaliste. De manière beaucoup plus simple, un schéma logique est proposé qui tend à lier une série de théories physiques disparates dans un discours unique comme pour peindre une image commune de la connaissance qui se déplace selon des directions précises.

L'une de ces directions est la tendance à l'unification, c'est-à-dire la mise en commun de phénomènes et de théories qui, à première vue, semblent déconnectés mais dont la science nous dit qu'ils sont, décennie après décennie, de plus en plus interconnectés comme les faces d'un même dé.

Une autre caractéristique très commune est le rôle fondamental de l'énergie dans chacune de ces théories. Des équations énergétiques peuvent être facilement formulées qui sont alors à la base des hypothèses théoriques et expérimentales.

Nous en aurons la certitude à la fois avec la relativité restreinte, par l'équation d'Einstein placée au début du manuel, et avec la mécanique quantique qui a pris son essor depuis l'équation de Planck pour l'énergie quantifiée jusqu'à l'équation (également l'énergie) de Schrödinger et avec la mécanique générale. relativité dans laquelle l'énergie tensorielle occupe une place prépondérante.

Une troisième particularité qui sera soulignée est le dépassement continu des problèmes antérieurs. Comme nous le verrons, de nombreuses théories sont nées pour répondre à des problèmes, à la fois expérimentaux et théoriques, qui ne peuvent être expliqués par ce qui a été découvert par la science à l'époque. Une fois ces nouvelles théories structurées, il s'est avéré que les problèmes précédents étaient facilement résolus, tandis que d'autres se posaient.

Cette caractéristique s'inscrit donc dans une course éternelle vers une meilleure description de ce qui nous entoure et une meilleure compréhension de tous les phénomènes existants, dans le sillage d'une dérivation du mythe d'Ulysse, qui incarne l'éternelle propension de l'homme à la connaissance.

Ces grandes directives mettront également en évidence une certitude fondamentale. Les théories actuelles, celles considérées comme les plus générales de toutes et vérifiées expérimentalement, ne sont ni complètes, ni exhaustives, ni totalement correctes.

La théorie quantique des champs, qui comprend à la fois la généralisation de la mécanique quantique et la réconciliation avec la relativité restreinte et l'explication des interactions nucléaires (au moins de la faible) a des problèmes et des limites tels que certains phénomènes physiques ne sont pas d'accord avec elle. On peut dire la même chose de la théorie générale de la relativité.

Au fond, ces deux théories, à défaut d'expliquer la totalité des phénomènes, ne sont pas aussi générales qu'on le pense ; il s'agit très probablement d'approximations d'une théorie encore plus vaste. Cette hypothèse est également basée sur le fait qu'aucune des deux théories mentionnées n'envisage les résultats de l'autre dans ses propres prévisions et qu'il existe des difficultés, pour l'instant insurmontables, à concilier les deux visions dans un seul concept logique primordial.

L'âme de l'article coïncide avec l'idée derrière ce manuel, à savoir qu'en suivant une logique particulière entre les équations énergétiques et les tentatives d'unification, un macro-chemin dans l'histoire de la physique contemporaine peut être tracé pour comprendre où nous allons finir en ce vingt-et-unième siècle.

En conclusion, après les annexes nécessaires pour compléter le tableau de la physique contemporaine, il y aura aussi place pour des questions encore plus générales sur le sens même de la nature, de l'énergie, de la science et du langage mathématique adopté.

SYSTÈME INTERNATIONAL

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