De l'atome antique à l'atome quantique

Responsable(s): Christian Gruber et Philippe-André Martin (Professeurs honoraires EPFL)
Intervenant(s): Christian Gruber et Philippe-André Martin (Professeurs honoraires EPFL)

Semestre: Automne 2014
Horaire: Vendredi 8h15 - 10h00
Salle de cours: 
Nombre d'heures: 28

Objectif

Le concept de matière, avec celui d’espace et de temps, a fasciné l’esprit humain de l’antiquité à nos jours. Ce cours a pour objectif de présenter l’évolution des idées sur la matière à travers les âges. En partant de la théorie atomiste de Démocrite et des éléments d’Aristote, nous parcourrons les siècles pour arriver à la vision actuelles des physiciens.

Le cours ex cathedra sera complété par des propositions de lecture de textes de physiciens célèbres.

Contenu

La vision antique

• Les théories atomistes des philosophes antiques
• La matière selon Aristote
• L’alchimie

La vision classique

• Avènement de la physique moderne: Galilée et Newton, masse pesante et inerte
• La lumière est-elle particulaire ou ondulatoire?
• Grands principes: Lois de conservations et symétries
• La chaleur est elle une substance? Lois thermodynamiques
• Einstein et l’équivalence de la masse et de l’énergie

La révolution quantique

• Emergence de l’atome: découverte de l’électron et du noyau
• Difficultés et paradoxes de la théorie classique
• Une nouvelle vision: la mécanique quantique

Sur le chemin de l’élémentarité

• Découvertes et classification des particules élémentaires
• Que cherche-t-on au CERN? Méthodes d’observation et description théorique
• Les quatre forces de la nature et leur rôles respectifs, recherche de l’unification

Sur le chemin de la complexité

• Les états condensés de la matière et leurs transformations
• Lien entre microscopie et macroscopie: la physique statistique
• La liaison chimique: de l’atome aux molécules complexes

La matière dans l’univers

• Les étoiles, forges de la matière atomique
• Répartition de la matière à grande échelle, galaxies, amas de galaxies
• Problèmes actuels, la matière noire? 

Semestre: Automne 2014
Horaire: Vendredi 10h15 - 12h00
Salle de cours: 
Nombre d'heures: 28

Objectif

Susciter la curiosité de l’étudiant·e en les faisant participer activement au cours par un travail personnel approfondi. On analysera divers chapitre du cours de manière plus détaillée à l’aide de lectures appropriées. Ces lectures feront l’objet de rédaction, de présentation orale et de discussions critiques.

Contenu

Les textes proposés permettront de développer certains points du cours, et plus généralement d’étudier l’évolution des concepts sur la nature de la matière. Ils sont écrits par des auteur·e·s ayant fait un effort pédagogique pour rendre leurs idées accessibles aux non scientifiques. On s’intéressera plus particulièrement à la compréhension actuelle de la matière, de ses propriétés, de ses états, ainsi qu’aux méthodes spécifiques à ce domaine de la physique.

Le cours peut être suivi sans le séminaire. Toutefois, le séminaire ne peut pas être suivi sans avoir suivi le cours.

Cours: compte-rendu sur les lectures et test de connaissance (écrits)

Séminaire: travaux personnels oraux et écrits