La physique théorique, c'est quoi?

La physique théorique : c'est quoi ?

Le but de la physique est de comprendre les phénomènes qui nous entourent. Plus précisément, on essaie de dégager des lois dans les relations de cause à effet.

Par exemple, quand on soulève un objet puis qu'on le lâche, il tombe vers le bas. La physique permet de mettre en évidence des lois dans la façon dont l'objet tombe, sur sa trajectoire, le temps qu'il met pour tomber.

Pour cela, elle utilise des théories. Dans le cas de l'exemple cité plus haut, il existe plusieurs théories de la gravitation ; notamment la gravitation Newtonienne et la Relativité Générale, qui décrivent de façon différente la façon dont les corps agissent les uns sur les autres. On appelle Physique Théorique la sous-discipline qui invente et étudie les théories. Toutes les théories sont exprimées dans un langage mathématique, et utilisent des outils mathématiques. La sous-discipline de la physique qui s'intéresse aux aspects formels est la physique mathématique.

Comment savoir si une théorie est valable ?

Pourquoi y a-t-il plusieurs théories pour décrire la gravitation ? Avant de répondre à cette question, il faut d'abord se réjouir qu'il y en ait au moins une, car il existe des phénomènes pour lesquels nous n'avons pas de théorie satisfaisante, donc que nous ne comprenons pas !

Pour revenir à la gravitation, la théorie Newtonienne a été proposée au XVI^ème siècle, et a permis de comprendre la trajectoire des planètes autour du Soleil, sous l'action de son attraction gravitationnelle.

Toutefois, il est apparu certains phénomènes que cette théorie ne pouvait pas expliquer de façon satisfaisante (par exemple certaines anomalies dans le mouvement des planètes). Il a alors fallu chercher une autre théorie, ce qui a donné naissance à la Relativité Générale. C'est l'expérimentation qui permet de trancher entre les différentes théories qui peuvent être proposées pour décrire les phénomènes.

Et le LAPTh dans tout ça ?

Les activités scientifiques des membres du LAPTh peuvent se scinder en trois grands thèmes liés les uns aux autres :

• La physique mathématique
• L'utilisation des théories de la physique des particules pour prédire ou comprendre les résultats expérimentaux : la phénoménologie
• L'utilisation des théories de la physique des particules dans le domaine de l'astrophysique : l'astrophysique des particules.

English version

What is Theoretical Physics?

The aim of physics is to understand the phenomena around us: we are trying to discover and understand the laws of causes and effects. For example, when you lift a ball and let it go, it falls.  Physics is here to find out the law of the way it falls -- its trajectory -- and on the time it takes to fall down.

Generally, physicists use theories to make predictions and carry out experiments to test the predictions. In the case of the falling ball, there are two main theories of gravitation: Newtonian gravitation and General Relativity. Both describe the way bodies act on one another but they describe this in different ways. Theoretical physicists invent and study theories. These theories are written in a mathematical language and use mathematical tools.  The discipline of mathematical physics focuses on the more formal aspects of physics.

How can we know when a theory is valid?

Why are there different theories to describe the same phenomenon -- in this case, gravitation? Before answering this question, we are delighted when there is at least one theory! Some phenomena haven’t yet found a satisfying theory. Competing theories need experiments to decide among them.

Coming back to gravitation, the Newtonian theory was invented in the 17th century and it enabled us to understand the planets' motions around the sun. Nevertheless, this theory couldn’t explain some phenomena in a satisfying way, particularly subtle motions of the orbit of the planet Mercury. A new theory had to be found, and General Relativity was born, Einstein's greatest invention. It explained Mercury's peculiar motions perfectly. And, it predicted that starlight passing close to a massive body such as the sun would bend (slightly)! This prediction was triumphantly confirmed during a solar eclipse in 1919! Here, then, is a fundamental premise of physics: experiment is the only way to decide which theory provides the best description of a body of phenomena.

What about LAPTh?

Scientific activities of the LAPTH group can be divided in three great themes:

• Mathematical physics
• Phenomenology
• Astrophysics of particles