Cartographie de la physique V2

Ceci est la suite du billet Cartographie
de la physique. Je propose ici une deuxième version en fonction des remarques faites en commentaire dans le billet précédent et des différentes conversations de vive voix que j’ai eues avec collègues et amis au sujet d’un « découpage de la physique ».

Voici les modifications notables :

– Ajout de la Biophysique que je n’avais absolument pas considérée

– Ajout de la physique du globe qui était également absente

– Ajout de la physique mathématique  que j’avais décidé de ne pas mettre au début mais je me suis
rendu compte que cette branche ne pouvait pas être délaissée ou rattachée à un autre domaine particulier

– J’ai renommé la « physique théorique » en « théories des unifications »
car toutes les théories présentées étaient des théories d’unification

– Ajout de la mécanique quantique relativiste dans les théories d’unification

– Voir le planisphère V2 en haute définition

– Voir le schéma V2 du début en haute définition

La question des sciences de l’ingénieur

J’insiste encore sur le fait de ne pas détailler les sciences de l’ingénieur ici car ce n’est pas le but. La physique signifie « l’étude de la nature » étymologiquement, ce que font toutes les disciplines de cette carte (électromagnétisme, mécanique, astronomie, etc.). On ne peut donc pas inclure directement dans la physique l’électronique qui résulte de l’étude de circuits construits par l’homme : pour moi, l’électronique fait parti des sciences de l’ingénieur. En revanche, la physique des semi-conducteurs, elle, étudie le comportement physique (de la nature) des composants électroniques comme les transistors. Certes, la
physique des semi-conducteurs n’est pas explicitement représentée sur ma carte mais elle est implicitement incluse dans la physique des solides qui appartient à la physique de la matière condensée : eh oui, je ne peux pas détailler toutes les spécialités sur la carte, cela serait trop compliqué, prendrait trop de place et la carte ,perdrait de la clarté.

Les relations entre les domaines

Beaucoup de personnes m’ont reproché de ne pas représenter les liens entre les domaines pour bien comprendre les dynamiques qui existent entre les différents domaines comme Nina qui disait en commentaire que pour faire de la physique des plasmas il faut faire « de la mécanique quantique, de la physique atomique, de la thermodynamique (classique et statistique)… et j’en passe! ». En réponse, j’ai proposé de faire une matrice évaluant les relations entre les domaines (car la représentation graphique serait trop illisible). J’ai donc réalisé 2 matrices distinctes :

– Une que j’ai nommé matrice de liaison

– Une que j’ai nommé matrice de dépendance

 Chaque ligne et chaque colonne de ces matrices représente un « grand domaine », i.e. les rectangles bleus dans le schéma ou les continents sur la carte. J’ai simplement écarté la physique mathématique car par définition elle agit avec toutes les disciplines et j’ai également séparé la mécanique classique et relativiste.

Matrice de liaison

Dans la matrice de liaison, on place un ‘1’ à l’intersection de 2 domaines s’il existe un lien (quel qu’il soit) entre les deux et ‘0’ sinon. On voit tout de suite que cette matrice aura une diagonale de ‘1’ et sera symétrique. Le résultat est le suivant :

(Astro :Astronomie / Globe :Physique du gobe / M Cond. : Physique de la Matière Condensée /Thermo : Thermodynamique / EM : Electromagnétisme / Bio : Biophysique / Quant :Physique Quantique / M Cl : Mécanique Classique / M Rel : Mécanique Relativiste /Plas : Physique desPlasmas / Opt :Optique / Unif : Théories d’unification)

Cette matrice contient 55% de ‘1’ ce qui signifie qu’en moyenne, chaque domaine entretient des relations avec 55% des autres domaines (parmi les domaines prédéfinis bien sûr). Dans la dernière colonne, j’ai totalisé le nombre de liens par domaine et on peut voir que c’est l’astronomie, la matière condensée et l’électromagnétisme qui entretiennent le plus de relations. A l’inverse, la biophysique et la les théories d’unifications entretiennent peu de rapports avec les autres domaines.

Matrice de dépendance

Pour affiner la matrice de liaison, j’ai décidé de représenter les dépendances entre les domaines. Je m’explique : à l’intersection d’un domaine X en abscisse et d’un domaine Y en ordonnée, on place un ‘1’ si X dépend de Y. En gros, si le domaine X est nécessaire pour travailler dans le domaine Y, on place un ‘1’. On voit tout de suite que dans ce cas, on aura toujours une diagonale de ‘1’ mais la matrice ne sera plus symétrique car les relations de dépendance ne sont pas
réciproques.  Voici le résultat :

J’ai également totalisé le nombre de ‘1’ (hors diagonale) dans les lignes et les colonnes. On peut alors dire que les totaux des lignes correspondent à la
nécessité d’un domaine car beaucoup d’autres domaines font appel à lui alors que les totaux des colonnes représentent la dépendance d’un domaine, à savoir le nombre de domaines dont il a besoin pour exister.

On s’aperçoit que l’astronomie, la physique du globe, la biophysique et les
théories d’unifications ne sont pas nécessaires aux autres domaines alors que l’électromagnétisme et la physique quantique sont nécessaires dans beaucoup de domaines, on peut alors dire que se sont des domaines plus « fondamentaux » au sein de la physique.

Concernant la dépendance des domaines, l’astronomie est de loin le domaine le plus dépendant car il utilise presque tous les autres (seul la biophysique et la physique du globe ne sont pas nécessaires à l’astronomie). A l’opposé, l’électromagnétisme, la physique quantique et la mécanique classique sont entièrement indépendants dans le sens où il ne font pas appel aux autres domaines de la physique.

Finalement, si vous voulez une vision graphique, c’est possible et on obtient le schéma ci dessous. Ce sont les relations de dépendances qui sont représentées : une flèche de X vers Y signifie «X dépend de Y» :

Une méthode pertinente ?

Je ne pense pas que l’on puisse faire des jugements de valeurs pertinents en se reposant sur ces matrices uniquement pour deux principales raisons. Premièrement, les résultats dépendent très fortement du choix des domaines qui a été fait à la base. Pour avoir une vision plus juste il faudrait inclure tous les sous-domaines et cela ferait une matrice gigantesque très compliquée à remplir. Deuxièmement, j’ai rempli moi-même ces cases sans être forcément spécialiste d’un domaine donc certaines dépendances ne sont peut être pas forcement justifiées (je compte d’ailleurs sur vous pour me corriger). Cependant, ces matrices sont intéressantes pour apprécier qualitativement les relations
entre les domaines de la physique.

Une méthode qui serait plus juste serait de faire des pondérations sur les dépendances car dans ma méthode, il n’y a pas de « mesure » d’une dépendance. Pour reprendre l’exemple de la physique des plasmas, la dépendance à l’électromagnétisme est sans doute plus « forte » que la dépendance avec la thermodynamique. Quoique ce soit très difficile à évaluer. Une méthode serait de regarder le nombre d’articles de journaux qui font référence à des articles de
domaines différents, ce serait ainsi une manière de quantifier les dépendances entre les domaines mais ça demande pas mal de travail… D’autant plus que je me suis cantonné à la physique exclusivement. Il est évident que les relations avec des sciences « externes » existent. Par exemple, la biophysique est fortement liée à la biologie qui ne fait pas partie de la physique.

Bref, le découpage de la physique est à méditer et les relations entre les domaines sont très difficiles à évaluer.