Quels livres pour apprendre la physique ? 5 titres, et le moment où il faut basculer

Quels livres pour apprendre la physique ?

Deux personnes entrent dans une librairie le même jour et demandent un livre de physique. La première veut comprendre ce que veut dire la dilatation du temps, pourquoi les trous noirs intriguent, ce que les physiciens cherchent au CERN. La seconde veut être capable de calculer la trajectoire d'un objet lancé, la résistance d'un circuit, la période d'un pendule. On leur vend souvent le même livre. C'est une erreur, et elle explique la moitié des abandons.

Il existe deux parcours en physique, et ils ne se recouvrent presque pas. Le premier passe par la vulgarisation et ne demande aucune mathématique. Le second passe par des manuels et en demande beaucoup. Vous pouvez rester définitivement dans le premier, c'est légitime et beaucoup de gens cultivés y sont. Mais vous devez savoir dans lequel vous êtes, parce que les livres qui servent l'un desservent l'autre.

Voici cinq titres, trois pour le premier parcours, deux pour le second, avec le point de bascule entre les deux clairement indiqué.

La question à trancher avant d'acheter quoi que ce soit

Posez-vous celle-ci : voulez-vous savoir ce que la physique dit, ou voulez-vous savoir la faire ?

Si vous voulez savoir ce qu'elle dit, la vulgarisation est faite pour vous et elle est excellente en français. Vous comprendrez les idées, l'histoire des théories, les débats en cours. Vous ne saurez pas résoudre un problème, et ce n'est pas grave.

Si vous voulez la faire, il faut vous dire une chose sans détour : la physique s'écrit en mathématiques, ce n'est pas un choix de style, c'est sa nature. Une loi physique est une relation quantitative entre des grandeurs mesurables. Sans dérivée, vous ne pouvez pas écrire ce qu'est une vitesse instantanée. Sans intégrale, vous ne pouvez pas calculer un travail. Sans vecteurs, vous ne pouvez pas additionner deux forces correctement. Les livres qui promettent la physique sans mathématiques ne mentent pas exactement, ils vendent le premier parcours en laissant croire qu'il mène au second.

Premier livre : Carlo Rovelli, « Sept brèves leçons de physique »

Carlo Rovelli, « Sept brèves leçons de physique » (Odile Jacob, 2015, traduit de l'italien par Patrick Vighetti) Voir à la FnacSept brèves leçons de physique, de Carlo Rovelli (lien affilié, ouvre un nouvel onglet). Quatre-vingts pages environ. Aucun prérequis.

Rovelli est physicien théoricien, spécialiste de gravité quantique à boucles, et il écrit comme un essayiste. Les sept textes qui composent ce livre sont parus d'abord dans un supplément dominical du Sole 24 Ore. Le livre s'est ensuite vendu à plus d'un million d'exemplaires et a été traduit dans une trentaine de langues.

Ce qu'il vous apprend précisément : la relativité générale, la mécanique quantique, l'architecture de l'univers, les particules élémentaires, et le problème que ces théories posent quand on essaie de les faire tenir ensemble. En quatre-vingts pages. C'est possible parce que Rovelli ne cherche pas l'exhaustivité mais la justesse de l'image.

Ce qu'il ne vous apprend pas : à peu près tout le reste. Vous n'y trouverez ni thermodynamique, ni électromagnétisme, ni optique, c'est-à-dire l'essentiel de ce qu'un physicien fait réellement. Prenez ce livre comme un test d'appétit, pas comme un cours.

Deuxième livre : Cédric Ray et Jean-Claude Poizat, « La physique par les objets quotidiens »

Cédric Ray et Jean-Claude Poizat, « La physique par les objets quotidiens » (Belin, collection Bibliothèque scientifique, 2007, deuxième édition en 2014) Voir à la FnacLa physique par les objets quotidiens, de Cédric Ray et Jean-Claude Poizat (lien affilié, ouvre un nouvel onglet). Aucun prérequis, mais un intérêt pour le comment plutôt que pour le pourquoi.

Ray enseigne à l'université Claude Bernard Lyon 1 et a créé un cours de licence sur la physique des objets courants, dont ce livre est sorti. Poizat y est professeur émérite. Une vingtaine d'objets sont démontés : le four à micro-ondes, le GPS, le disque optique, l'appareil photo, l'écran.

Ce qu'il vous apprend précisément : que la physique de tous les jours n'est pas une version simplifiée de la physique savante, c'est la même. Le GPS ne fonctionnerait pas sans correction relativiste. Le micro-ondes chauffe parce que la molécule d'eau est un dipôle qui suit un champ oscillant. Vous sortez de ce livre avec des mécanismes, pas des métaphores, et c'est exactement ce qui manque à Rovelli.

Ce qu'il ne vous apprend pas : à généraliser. Chaque objet est traité pour lui-même. La cohérence d'ensemble, celle qui fait qu'une poignée de principes explique tout, ne vient pas de ce genre de livre.

Troisième livre : Richard Feynman, « Lumière et matière : une étrange histoire »

Richard Feynman, « Lumière et matière : une étrange histoire » (Seuil, collection Points Sciences, 1992, traduit de l'anglais par Françoise Balibar et Alain Laverne) Voir à la FnacLumière et matière : une étrange histoire, de Richard Feynman (lien affilié, ouvre un nouvel onglet). Environ deux cents pages. Aucun prérequis mathématique, mais une vraie concentration.

Ce sont quatre conférences données en 1983 à Los Angeles, où Feynman explique l'électrodynamique quantique à un public non scientifique. Il n'y a pas une équation. Il y a des flèches, des horloges, des chemins qu'on additionne. C'est le sommet historique du genre : personne n'a fait mieux depuis pour transmettre une théorie physique complète sans formalisme.

Ce qu'il vous apprend précisément : comment une théorie physique prédit, et à quel prix. Feynman répète tout au long du livre que personne ne comprend la mécanique quantique au sens où l'on comprend une horloge, mais que la théorie donne des prédictions justes à une précision folle. C'est la leçon d'épistémologie la plus utile qu'un débutant puisse recevoir.

Et c'est ici que le premier parcours s'arrête. Si après Feynman vous avez envie de savoir comment on additionne réellement ces amplitudes, vous êtes prêt pour la bascule. Si vous êtes satisfait, restez, la vulgarisation française est vaste et vous avez de quoi lire pendant des années.

Le point de bascule, et pourquoi il est brutal

Le passage de la vulgarisation au manuel est le moment le plus difficile de tout ce parcours, et presque personne n'en parle honnêtement.

Vous lisiez quarante pages par soirée. Vous allez lire quatre pages, avec un stylo, en refaisant les calculs à la main. Vous aviez l'impression de comprendre. Vous allez découvrir que vous ne saviez pas poser un problème. C'est déstabilisant, et beaucoup d'adultes en concluent qu'ils ne sont pas faits pour ça, alors qu'ils sont simplement en train de changer d'activité.

Prévoyez aussi le prérequis mathématique. Un manuel de première année demande l'algèbre, la trigonométrie, les vecteurs, les nombres complexes, la dérivation et l'intégration. Si le lycée est loin, remettez d'abord les mathématiques à niveau, sans quoi vous confondrez une difficulté de calcul avec une difficulté de physique. Notre article sur les livres pour apprendre les mathématiques traite précisément ce cas.

Quatrième livre : Marie-Noëlle Sanz et coll., « Physique tout-en-un MPSI-PCSI-PTSI »

Marie-Noëlle Sanz, Anne-Emmanuelle Badel et François Clausset, « Physique tout-en-un MPSI-PCSI-PTSI » (Dunod, plusieurs éditions successives, plus de mille pages) Voir à la FnacPhysique tout-en-un MPSI-PCSI-PTSI, de Marie-Noëlle Sanz, Anne-Emmanuelle Badel et François Clausset (lien affilié, ouvre un nouvel onglet). Prérequis : niveau terminale scientifique, ou une mise à niveau mathématique faite.

C'est le manuel de première année de classe préparatoire, et c'est le meilleur point d'entrée technique en français pour un autodidacte. Tout le programme y est : mécanique, thermodynamique, électrocinétique, optique, ondes, introduction à la quantique. Le cours est complet, et surtout il contient plusieurs centaines d'exercices et de problèmes corrigés, souvent tirés de sujets de concours.

Ce qu'il vous apprend précisément : à faire. Les corrigés détaillés sont regroupés en fin d'ouvrage, ce qui vous force à chercher avant de regarder. C'est le mécanisme central de l'apprentissage en physique, et c'est ce qu'aucun livre de vulgarisation ne peut vous offrir.

Ce qu'il ne vous apprend pas : le sens. Un manuel de prépa est optimisé pour un concours. Il vous rendra capable de calculer sans toujours vous dire pourquoi ce calcul est beau ou important. D'où le livre suivant.

Cinquième livre : « Le Cours de physique de Feynman »

Richard Feynman, Robert Leighton et Matthew Sands, « Le Cours de physique de Feynman » (Dunod, cinq volumes en français : Mécanique 1 et 2, Électromagnétisme 1 et 2, Mécanique quantique) Voir à la FnacLe Cours de physique de Feynman, de Richard Feynman, Robert Leighton et Matthew Sands (lien affilié, ouvre un nouvel onglet). Prérequis : le manuel précédent en cours, ou fini.

Ce sont les cours donnés à Caltech entre 1961 et 1963, devenus le monument pédagogique de la discipline. Feynman avait moins de cinquante ans, il venait de bouleverser l'électrodynamique quantique, et il a accepté d'enseigner la physique de première année.

Ce qu'il vous apprend précisément : pourquoi les choses sont ainsi. Feynman prend le temps de discuter le statut d'une loi, de montrer d'où vient une approximation, d'expliquer ce qu'on perd en simplifiant. Aucun manuel de concours ne fait cela.

Une opinion assumée : ne prenez pas Feynman comme manuel unique, malgré sa réputation. Ses étudiants avaient des travaux dirigés en parallèle, et le texte seul entraîne peu. Lisez le chapitre de Feynman sur un sujet, puis faites les exercices de Sanz sur le même sujet. Ce couplage vaut mieux que l'un ou l'autre séparément.

Par où ne pas commencer

Cette section vous fera gagner plus de temps que toutes les précédentes.

« Une brève histoire du temps » de Stephen Hawking (Flammarion, 1989, traduction d'Isabelle Naddeo-Souriau) est le livre de physique le plus acheté et le moins fini au monde. Il est court, il est brillant, et il condense la cosmologie, la thermodynamique des trous noirs et la gravité quantique en deux cents pages. Le lecteur qui débute ne dispose d'aucun ancrage pour absorber cette densité. Lisez-le en troisième ou quatrième position, pas en première.

« À la découverte des lois de l'univers » de Roger Penrose (Odile Jacob, 2007, traduction de Céline Laroche) : mille cinquante-neuf pages, et une ambition rare, celle de donner au lecteur toutes les mathématiques nécessaires avant de faire de la physique. Le résultat est magnifique et impraticable en autodidacte total. Penrose traite les fibrés et les spineurs. Gardez-le pour plus tard, il le mérite.

Les traités de physique théorique de Landau et Lifchitz : ils sont cités partout comme référence, ils le sont, et ils sont écrits pour des physiciens confirmés qui cherchent une démonstration précise. Aucune pédagogie, aucun exercice d'entrée, une économie de mots redoutable.

Enfin, tout le rayon qui associe la mécanique quantique à la conscience, à la spiritualité ou au pouvoir de la pensée. Le mot « quantique » sur une couverture, accolé à un mot qui n'est pas un mot de physique, est un signal fiable. La physique quantique décrit le comportement de systèmes microscopiques avec une précision expérimentale extraordinaire, et ne dit rien de votre vie intérieure.

Ce que les livres ne feront pas à votre place

Un livre de physique ne vous fera jamais résoudre un exercice. C'est la différence fondamentale avec l'histoire ou la philosophie, où lire est déjà pratiquer.

Vous pouvez comprendre parfaitement une démonstration en la lisant, et être incapable de la refaire trois jours plus tard. Le seul remède connu est de fermer le livre et de reprendre au brouillon. Comptez au minimum une heure d'exercice pour une heure de cours, et sans doute deux.

Un livre ne vous corrigera pas non plus. Il vous donne la solution, pas le diagnostic de votre erreur. Or en physique les erreurs sont typées : confusion d'unités, signe perdu, hypothèse implicite, ordre de grandeur aberrant qu'on ne remarque pas. Un forum sérieux, un groupe de travail, un cours du soir, ou un enseignant à qui vous montrez votre copie une fois par mois changent complètement le rendement de vos lectures.

Enfin, un livre ne vous fera pas manipuler. Beaucoup d'universités ouvrent des conférences publiques, des fêtes de la science, des visites de laboratoire. Voir une expérience de diffraction en vrai fait plus pour la compréhension qu'un chapitre entier sur les interférences.

Après ces cinq livres

Vous aurez la carte, deux niveaux de compréhension et un début de pratique. La suite dépend de ce qui vous a retenu.

Si c'est le ciel, l'astronomie est le prolongement naturel et se pratique avec presque rien : notre sélection de livres pour apprendre l'astronomie part de l'observation à l'œil nu. Si c'est le formalisme, la deuxième année de manuel vous attend, puis la mécanique analytique. Si c'est l'histoire des idées, les biographies de Bohr, d'Einstein et de la conférence Solvay de 1927 racontent une des plus belles disputes intellectuelles du vingtième siècle.

Vous pouvez aussi parcourir les genres et rayons scientifiques pour repérer les collections de poche, qui restent le meilleur rapport entre le prix et le contenu sur ce sujet, ou explorer le reste de notre collection quels livres acheter pour apprendre à.

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