Physiciens célèbres : 21 noms, leurs dates, leurs découvertes et leurs équations

Comment cette liste a-t-elle été faite ?

Il n’existe pas de classement officiel des physiciens. Cette liste suit l’ordre chronologique et retient des noms très souvent cités, en particulier ceux qui ont donné leur nom à une loi présente sur le site. Les dates viennent des biographies de MacTutor (nouvel onglet) (université de St Andrews), recoupées avec Wikipédia. Les équations sont écrites dans leur forme moderne : la plupart de ces savants les exprimaient en mots ou en proportions, ce que nous signalons. Chaque équation a sa page, avec ses conditions de validité et un exemple calculé.

De l’Antiquité au XVIIe siècle

Archimède (vers 287 – 212 av. J.-C.) énonce dans son traité Des corps flottants le principe qui porte son nom : un corps plongé dans un fluide subit une poussée verticale égale au poids du fluide déplacé, $\Pi = \rho_{\text{fluide}}\, V_{\text{immergé}}\, g$. L’anecdote du bain et du cri « Eurêka ! » est rapportée par Vitruve deux siècles plus tard, sans garantie d’authenticité.

Galilée (1564-1642) trouve vers 1602-1604, avec des plans inclinés, que la distance parcourue en chute depuis le repos croît comme le carré du temps : on écrit aujourd’hui $d = \frac{1}{2} g t^2$. Les distances parcourues pendant des secondes successives sont donc dans les rapports 1, 3, 5, 7. En 1610, il publie ses observations à la lunette, dont quatre satellites de Jupiter. Condamné en 1633 après son Dialogue de 1632, il publie ses résultats sur le mouvement en 1638, à Leyde.

Johannes Kepler (1571-1630) exploite les mesures de Tycho Brahe. Il établit que Mars décrit une ellipse (Astronomia nova, 1609), puis publie en 1619 sa troisième loi : le carré de la période est proportionnel au cube du demi-grand axe. La constante a été donnée ensuite par Newton : $\frac{T^2}{a^3} = \frac{4\pi^2}{G\, M}$ (voir les lois de Kepler). Avec $a = 1$ unité astronomique et la masse du Soleil, on retrouve $T \approx 365{,}26$ jours.

Willebrord Snell (1580-1626) retrouve en 1621 la loi de la réfraction, sans la publier. René Descartes (1596-1650) la publie en 1637 dans La Dioptrique, d’où le nom de loi de Snell-Descartes, $n_1 \sin\theta_1 = n_2 \sin\theta_2$. Elle figurait déjà vers 984 dans un traité d’Ibn Sahl, à Bagdad.

Isaac Newton (1643-1727) publie en 1687 les Principia, avec ses trois lois du mouvement et la gravitation universelle, $F = G\, \frac{m_1 m_2}{r^2}$. Il raisonnait en proportions : l’écriture de sa deuxième loi sous la forme $\sum \vec{F} = m\, \vec{a}$ s’est imposée au XVIIIe siècle, notamment avec Euler. Avec la masse et le rayon de la Terre, la loi de la gravitation donne $g \approx 9{,}820$ m/s².

Robert Hooke (1635-1703) publie en 1676 une anagramme latine dont il donne la clé en 1678 : ut tensio, sic vis, « telle extension, telle force ». C’est la loi de Hooke, $F = -k\, x$, valable tant que le ressort n’est pas trop déformé.

Le XVIIIe siècle

Émilie du Châtelet (1706-1749) prend part au débat sur la « force vive ». Reprenant une expérience de Willem ’s Gravesande, où des billes tombent dans de l’argile, elle défend que l’effet d’un corps en mouvement se mesure par $mv^2$ et non par $mv$ : une vitesse doublée laisse une empreinte quatre fois plus profonde. C’est l’ancêtre de l’énergie cinétique, $E_c = \frac{1}{2}\, m\, v^2$. Elle a aussi traduit en français les Principia de Newton.

Charles-Augustin Coulomb (1736-1806), ingénieur et physicien français, mesure en 1785 la force entre deux charges avec une balance de torsion : elle varie comme l’inverse du carré de la distance. La loi de Coulomb s’écrit $F = \frac{1}{4\pi\varepsilon_0}\, \frac{q_1 q_2}{r^2}$ en intensité ; deux charges de 1 µC à 10 cm se repoussent avec une force d’environ 0,90 N. L’unité de charge, le coulomb, porte son nom.

Le XIXe siècle

Georg Simon Ohm (1789-1854) publie en 1827 Le circuit galvanique traité mathématiquement, où apparaît la proportionnalité entre tension et intensité : c’est la loi d’Ohm, $U = R\, I$. Une tension de 9 V aux bornes d’une résistance de 450 Ω y fait passer 20 mA (calculatrice).

Michael Faraday (1791-1867) découvre l’induction électromagnétique en 1831 : un flux magnétique qui varie crée une tension. On l’écrit aujourd’hui $e = -\frac{\mathrm{d}\Phi}{\mathrm{d}t}$, le signe moins traduisant la loi énoncée par Heinrich Lenz en 1834. C’est le principe des alternateurs et des transformateurs ; sa forme locale est l’une des équations de Maxwell.

Christian Doppler (1803-1853) propose en 1842 que la fréquence perçue dépend du mouvement de la source et de l’observateur. L’effet Doppler donne, pour le son, $f_o = \frac{c + v_o}{c - v_s}\, f_s$ : une sirène de 440 Hz qui approche à 25 m/s est entendue à environ 474,6 Hz par un piéton immobile.

James Clerk Maxwell (1831-1879) réunit l’électricité et le magnétisme dans une seule théorie (1861-1873). Il en déduit l’existence d’ondes électromagnétiques dont la vitesse, $c = \frac{1}{\sqrt{\mu_0\,\varepsilon_0}}$, est celle de la lumière. La forme à quatre équations des équations de Maxwell est due pour l’essentiel à Oliver Heaviside.

Ludwig Boltzmann (1844-1906) relie en 1877 l’entropie au nombre de configurations microscopiques d’un système. La formule, gravée sur sa tombe à Vienne sous la forme $S = k \log W$, s’écrit aujourd’hui $S = k_B \ln \Omega$ ; c’est Max Planck qui l’a écrite ainsi et a introduit la constante $k_B$ (voir l’entropie de Boltzmann).

Hendrik Lorentz (1853-1928) donne en 1895 l’expression complète de la force de Lorentz, $\vec{F} = q\left(\vec{E} + \vec{v} \times \vec{B}\right)$. Ses transformations entre référentiels préparent la relativité restreinte. Il partage le prix Nobel de physique 1902 avec Pieter Zeeman.

Le XXe siècle

Max Planck (1858-1947) propose le 19 octobre 1900 la loi du rayonnement du corps noir, puis la justifie en décembre par des « éléments d’énergie » proportionnels à la fréquence. C’est la naissance de la constante $h$ et de la physique quantique. Prix Nobel 1918.

Marie Curie (1867-1934), née à Varsovie, étudie à partir de 1897 les rayons émis par l’uranium. Avec Pierre Curie, elle annonce en 1898 la découverte du polonium puis du radium, et le couple forge le mot « radioactivité ». Elle reçoit le prix Nobel de physique 1903, avec Pierre Curie et Henri Becquerel, puis le prix Nobel de chimie 1911 : elle est la première femme lauréate d’un prix Nobel.

Albert Einstein (1879-1955), né le 14 mars, publie en 1905 l’explication de l’effet photoélectrique par des quanta de lumière, la relativité restreinte et l’équivalence $E = mc^2$ : un gramme de matière correspond à environ $9 \times 10^{13}$ joules. Il présente le 25 novembre 1915 les équations de la relativité générale. Son prix Nobel de physique 1921 récompense l’effet photoélectrique, pas la relativité.

Karl Schwarzschild (1873-1916), astronome allemand mobilisé sur le front russe, trouve à la fin de 1915 la première solution exacte des équations d’Einstein. Elle fait apparaître le rayon de Schwarzschild, $r_s = \frac{2GM}{c^2}$, environ 2,95 km pour le Soleil. Il meurt de maladie le 11 mai 1916.

Lise Meitner (1878-1968), physicienne autrichienne, interprète avec son neveu Otto Frisch, vers Noël 1938, les résultats d’Otto Hahn et Fritz Strassmann : le noyau d’uranium se casse en deux. Avec $E = mc^2$, ils estiment l’énergie libérée à environ 200 MeV par noyau, et nomment le phénomène « fission » dans Nature en février 1939. Le prix Nobel de chimie 1944 est attribué à Hahn seul. L’élément 109, le meitnérium, porte son nom.

Emmy Noether (1882-1935), mathématicienne, démontre en 1918 un théorème central pour la physique : à chaque symétrie continue d’un système correspond une quantité conservée. L’invariance dans le temps donne la conservation de l’énergie, l’invariance par translation celle de la quantité de mouvement, l’invariance par rotation celle du moment cinétique.

Erwin Schrödinger (1887-1961) publie en 1926 l’équation qui décrit l’évolution de la fonction d’onde, puis imagine en 1935 l’expérience de pensée du chat. Il partage le prix Nobel de physique 1933 avec Paul Dirac.

Tableau récapitulatif : physiciens célèbres et leurs équations

Leurs équations en affiche

La plupart de ces équations existent en affiche, dans les styles Papier, Nuit, Bauhaus et Tableau noir : voir la collection d’affiches de physique et nos idées de cadeaux scientifiques. Chaque dessin est calculé par des programmes écrits pour l’atelier, à partir de la formule elle-même. Côté mathématiques, lisez notre guide des mathématiciens célèbres ; pour réviser, notre formulaire de physique et notre sélection d’équations qui ont changé le monde.

Sources principales : biographies de MacTutor (nouvel onglet) (Galileo, Kepler, Snell, Hooke, Coulomb, Ohm, Faraday, Doppler, Maxwell, Boltzmann, Lorentz, Planck, Einstein, Schwarzschild, Schrodinger…), articles de Wikipédia sur Marie Curie (nouvel onglet), Lise Meitner (nouvel onglet) et le théorème de Noether (nouvel onglet), et les pages de chaque formule du site.