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Pourquoi la physique est-elle une belle science ?

CAMBRIDGE – Le physicien du XIXème siècle Heinrich Hertz a autrefois expliqué l'impression qu'il a éprouvée face aux équations de James Clerk Maxwell, qui décrivent les principes fondamentaux de l'électricité et du magnétisme, qui « ont une existence indépendante et une intelligence propres, qui sont plus sages (…) même que leurs découvreurs, et dont nous tirons plus de choses par rapport à ce que nous y avons mis au départ. » Peu de temps après, Albert Einstein a décrit le modèle atomique de Niels Bohr comme étant « la plus haute forme de musicalité appartenant au domaine de la pensée. » Plus récemment, le défunt prix Nobel Richard Feynman, en décrivant sa découverte de nouvelles lois de la physique, a déclaré : « On peut reconnaître la vérité à sa beauté et à sa simplicité. » Des sentiments semblables sont quasiment universels parmi les physiciens modernes.

Pour produire des iPhones qui fonctionnent, des photographies de Pluton ou des bombes atomiques, il ne suffit pas de prendre ses désirs pour des réalités. La physique, qui se résume à quelques lois mathématiques précises, fonctionne indiscutablement. Pourtant de nombreuses choses qui « fonctionnent » n'inspirent pas le même genre d'admiration que les lois fondamentales de la nature.

Leur beauté s'enracine d'abord dans la symétrie des lois, qui signifie ici la possibilité du changement sans changement : un concept précis et pourtant quasi mystique. Tout comme un cercle peut pivoter autour de son centre à un angle quelconque, changer la position de chacun de ses points sans changer sa forme, des lois de symétrie s'appliquent à des situations modifiées sans modifier ni perdre leur validité. Par exemple, la relativité restreinte affirme que les lois fondamentales de la physique restent les mêmes lorsque nous voyons le monde depuis une plate-forme qui se déplace à vitesse constante. De même, la symétrie de traduction dans le temps code l'uniformité des lois physiques dans le temps : même quand l'univers vieillit, les lois restent les mêmes.

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