La physique théorique est la branche de la Physique qui étudie l’aspect théorique des lois physiques et en développe le formalisme mathématique.

Elle constitue un champ d'études intermédiaire entre la physique expérimentale et les mathématiques, et a souvent contribué au développement de l’une comme l’autre.

La physique théorique ne doit pas être confondue avec la physique mathématique, cette branche des mathématiques qui se propose de rendre entièrement rigoureux les énoncés souvent vagues des théoriciens.

Théories et modèles

La physique théorique essaie de décrire le monde en réalisant des modèles de la réalité, utilisé afin de rationnaliser, d'expliquer et de prédire des phénomènes physiques à travers une « théorie physique ». Il y a en physique trois types de théories : des théories fondamentales, des théories proposées mais non validées, et des théories marginales (mauvaise traduction de « mainstream theories, proposed theories and fringe theories »).

Certaines théories physiques sont confirmées par l'observation alors que d'autres ne le sont pas. Une théorie physique est un modèle d'évènements physiques et ne peut pas être prouvée à partir d'axiomes de base; en cela une théorie physique diffère d'un théorème mathématique. Les théories physiques modélisent la réalité et sont à la fois un reflet des observations, et une source de prédiction d'observations nouvelles.

Les théories physiques peuvent être acceptées lorsqu'elles permettent à la fois de faire des prédictions correctes et d'éviter de faire des prédictions erronées. Les théories physiques les plus simples sont le plus souvent préférées à celles qui sont complexes, conformément à la règle connue sous le nom de « rasoir d'Ockham ». Les théories physiques les plus susceptibles d'acception sont celles qui relient une grande quantité de phénomènes. Le processus de test d'une théorie physique fait partie de la méthode scientifique.

Quelques théories

Le tableau ci-dessous rassemble des théories qui n'ont pas (encore) été contredites. Les théories communément acceptées sont en vert, les théories spéculatives sont en beige. Elles sont classées par date. Il faut bien noter que deux théories communément acceptées peuvent donner des résultats différents : par exemple, la mécanique newtonienne sera moins précise que la théorie de la relativité générale en Cosmologie. Chaque théorie a son propre domaine d'application (ainsi, la relativité restreinte permet d'étendre ce domaine aux vitesses proches de la vitesse de la lumière).

Petites vitesses (<< c) Echelles moyennes (~ 1 m) * Gravitation * Electromagnétisme |- |bgcolor="#C0FFC0"|Relativité restreinte |Einstein (1905) |Espace-temps (Espace de Minkowski en 4D, plat) |Grandes vitesses * Electromagnétisme |- |bgcolor="#C0FFC0"|Relativité générale |Einstein (1915) |Géométrie non euclidienne en 4D |Grandes échelles (Cosmologie) * Gravitation * Electromagnétisme |- |bgcolor="#C0FFC0"|Mécanique quantique Théorie quantique des champs |Born, Dirac, Heisenberg, Schrödinger, Bohr, Pauli,etc. (1927) |Univers quantifié Fonction d'onde |Petites échelles Petites vitesses * Interactions dérivant de champs |- |bgcolor="#C0FFC0"|Électrodynamique quantique |Tomonaga, Schwinger, Feynman (1960) |Univers quantifié |Petites échelles * Electromagnétisme |- |bgcolor="#C0FFC0"|Force électrofaible |Glashow, Salam, Weinberg (1967) | | * Electromagnétisme * Interaction faible |- |bgcolor="#C0FFC0"|Modèle standard |1970 |Quantification |Petites échelles * Electromagnétisme * Interaction faible * Interaction forte |- |bgcolor="#C0FFC0"|Chromodynamique quantique |Politzer, Wilczek, Gross (1973) |Quantification |Petites échelles * Interaction forte |- |bgcolor="#FFE0C0"|Théorie de la Grande unification |Glashow, Georgi (1973) | | * Electromagnétisme * Interaction faible * Interaction forte |- |bgcolor="#FFE0C0"|Gravitation quantique à boucles |Ashtekar (1986) |Géométrie non euclidienne en 4D Quantification |Petites échelles * Gravitation |- |bgcolor="#FFE0C0"|Théories des cordes |Veneziano (1968) Nambu, Nielsen, Susskind (1970) | * Quantification * 10 dimensions * Théorie quantique des champs * Théorie conforme * Supersymétrie * Géométrie différentielle * Géométrie algébrique | * Toutes échelles * Description perturbative * Les 4 interactions fondamentales |- |bgcolor="#FFE0C0"|Théorie M |Witten (1995) | * Quantification inconnue * 11 dimensions * Supersymétrie | Extension non-perturbative de la théorie des cordes (projet) |} Notons enfin qu'on appelle : * Une Théorie du Tout une théorie qui décrit tous les phénomènes physiques. * Une Gravité quantique une théorie qui rassemble la théorie de la relativité générale et la Mécanique quantique. * Une Théorie de jauge une théorie basée sur un ou des groupes de symétries agissant en chaque point de l'univers séparément. ==Divers== La position particulière de la physique théorique à la croisée des mathématiques et de la physique a conduit le mathématicien français Souriau à en proposer cette définition amusante : « La physique théorique est l'alliance de la physique sans l'expérience, et des mathématiques sans la rigueur »

Bibliographie

• Pierre Duhem ; La théorie physique - Son objet, sa structure, (2^e édition - 1914). Réédité par la Librairie philosophique J. Vrin (1981), ISBN 2-7116-0221-4.

Liens externes

• Unification des théories, par Wollbrett Cybéric (dentiste)
• LMPT Laboratoire de Mathématiques et de Physique Théorique
• LPTMS Laboratoire de Physique Théorique et Modèles Statistiques

Notes et références

Théorie	Inventeur	Outils de modélisation	Domaine d'application
Mécanique classique	Newton (XVIIe siècle)	Géométrie euclidienne en 3D Temps