PHYSIQUE CLASSIQUE LE MONDE CLASSIQUE L'IMPORTANCE DE LA SCIENCE GRECQUE La civilisation et la culture de la Grèce classique sont le berceau de la civilisation et de la culture occidentales modernes.

PHYSIQUE CLASSIQUE LE MONDE CLASSIQUE L'IMPORTANCE DE LA SCIENCE GRECQUE La civilisation et la culture de la Grèce classique sont le berceau de la civilisation et de la culture occidentales modernes. Si nous lisons les textes dans lesquels les savants et les philosophes grecs de la Grèce antique exposent leurs théories, leur façon d'argumenter est, dans une large mesure, semblable à celle des chercheurs contemporains. Ils essaient de justifier les théories sur la base de l'expérience, ils cherchent à tirer les conséquences logiques de leurs prémisses, ils croient à la possibilité de communiquer et de faire comprendre le « savoir ». Pourtant, il n'en a pas toujours été ainsi. Il y a bien longtemps, certains ont pensé que le vrai « savoir » ne pouvait être compris et possédé que par quelques élus. Il naissait de « pouvoirs mystérieux », magiques, il ne pouvait pas être formulé de façon claire et rationnelle, il ne pouvait pas être « découvert » par la recherche, mais seulement transmis par la tradition. Les dépositaires du savoir étaient les prêtres ou les « oracles », lesquels avaient été « initiés » dès l'enfance à un savoir secret et mystérieux, non communicable à la « plèbe » et que personne n'avait le droit de critiquer. Le savant grec aimait enseigner et discuter, il s'entourait de disciples, d'amis et de collègues, il critiquait et était critiqué et - chose extraordinaire - il admettait parfois s'être trompé. Bref, il était convaincu de la possibilité de parvenir à des conclusions sur la nature du monde qui l'entourait par le raisonnement et les observations. Quand on parle de savant de la Grèce antique, il ne faut pas penser au chercheur spécialisé des temps modernes. À cette époque, il n'existait pas de disciplines scientifiques telles que nous les connaissons aujourd'hui. On ne distinguait pas la physique de la chimie et de la biologie. La physis était la « nature » en général, considérée surtout comme un ensemble de choses et de substances en interaction réciproque et en changement permanent. Et le savant grec voulait connaître les principes des phénomènes observés. En grec, son nom philosophos signifiait « ami de la sagesse ». Naturellement, la partie de la nature qui fascinait le plus les anciens était la voûte céleste. Dans les nuits claires, en l'absence d'éclairage artificielle, la voûte céleste apparaissait dans toute sa richesse et sa variété de lumières et de couleurs. Et les observations devinrent de plus en plus précises et régulières. C'est pour cela que les découvertes scientifiques et les instruments d'observation les plus anciens concernent l'astronomie. Toutefois, les philosophes grecs commencèrent à essayer de comprendre aussi des phénomènes qui se présentaient à la surface de la Terre et, tout comme ils le faisaient pour la voûte céleste, ils s'efforçaient d'y mettre de l'ordre. Ils tentaient, quand cela était possible, de mettre en relation ce qu'ils observaient sur la voûte céleste avec ce qui avait lieu sur notre planète. Ainsi, leur principale attitude méthodologique consistait à distinguer (la pomme de la poire, les métaux des roches, etc.), puis à réunir (ce sont des fruits, ce sont des minéraux, etc.,), c'est-à-dire à classer. La définition d'analogies et de ressemblances permettait de mettre dans la même classe des objets différents. La 1 découverte de propriétés communes à plusieurs substances permettait de chercher quels étaient les éléments simples, les principes matériels dont toutes les choses étaient faites, les principes causals qui les faisaient changer et leurs caractéristiques essentielles communes ou distinctes. Cette tendance à la différenciation et à l'unification est typique de la science grecque, tout comme le fait de s'appuyer sur les différences et les analogies qualitatives. Mais les Grecs cultivèrent aussi les mathématiques et la logique (voir mathématiques grecques). Dans leurs théories apparaît la distinction entre ce qui est parfait, ou idéal, en tant qu'abstrait, et ce qui ne fait qu'approcher ce comportement idéal, en tant que concret. Ce n'est pas tout. Les études de logique conduisent à distinguer un raisonnement correct d'un raisonnement erroné, elles permettent de savoir ce qu'il est possible de déduire et ce qu'il n'est pas possible de déduire de certaines prémisses. Pour toutes ces raisons, l'esprit du savant grec est à la fois un esprit laïc (qui n'admet pas de dogmes et de préjugés acceptables sans discussions) et un esprit critique (qui soumet à la discussion rationnelle et au contrôle phénoménologique) ses idées et celles des autres. Certes, en l'absence d'hypothèses quantitatives plus précises et, surtout, de capacités techniques appropriées, les principales sources d'information sur la nature du monde physique, c'est-à-dire les expériences, faisaient cruellement défaut. Mais il ne faut pas oublier que le but ultime des « amis de la sagesse » était de séparer les vagues opinions, les croyances ingénues de l'homme commun, c'est-à-dire ce qu'ils appelaient la doxa, des connaissances certaines que l'observation, la réflexion rationnelle et la déduction logique nous permettent d'atteindre, c'est-à-dire ce qu'ils appelaient l'epistêmê. C'est ainsi que naquît la science occidentale. LA RECHERCHE DE PRINCIPES UNIFIANTS L'école ionienne On peut situer les débuts de ce que nous considérons comme la « science » grecque à l'époque où furent réalisées les recherches des naturalistes ioniens, qui produisirent leurs théories entre 650 et 500 av. J.-C. Les plus connus sont ceux de l'école de Milet, c'est-à-dire Thalès (624 - 546 environ. av. J -C.), Anaximandre (610 - 546 av. J.-C.) et Anaximène (586 - 528 av. J.-C.). Le nom de « naturalistes » dérive précisément du fait que leur attitude tendait à s'opposer à celle des prêtres et des théologiens puisqu'ils considéraient que le moment était venu de « faire violence à la nature pour qu'elle nous révèle ses secrets ». La caractéristique principale de leur recherche est la tentative de trouver le principe unique, la substance ou l'essence dont toutes choses tirent leur origine. Autrement dit, ils s'efforçaient de trouver l'unité (ou le Principe, Archè) à l'origine de la multiplicité de toutes les choses. Pour Thalès, ce principe était l'eau, pour Anaximandre, c'était une substance première indéfinie (l'apeiron), pour Anaximène, c'était l'air. Ces idées se fondaient de façon suggestive avec les théories cosmologiques et cosmogoniques complexes qu'ils proposaient et qui constituèrent, jusqu'à Ptolémée, la cosmologie classique. La théorie des quatre éléments 2 Ces premières théories générales furent soumises à de critiques sévères de la part des philosophes de la génération suivante, mais la graine avait été semée. Il était légitime de chercher à expliquer les phénomènes observables. Au Ve siècle, Empédocle (490 - 430 env. av. J.-C.), né à Agrigente, propose la célèbre théorie des quatre éléments qui aura, comme nous le verrons, un très riche avenir. Pour Empédocle, en effet, toutes les choses sont formées de quatre éléments premiers, l'air, l'eau, la terre et le feu, qui se combinent en diverses proportions. Il est intéressant de remarquer que les quatre éléments interagissent les uns avec les autres sous la forme d'attractions et de répulsions, conçues comme des manifestations respectivement d'amour et de haine, et que ces attractions et ces répulsions permettent d'expliquer les changements des choses. PYTHAGORE ET PLATON Les nombres comme principes premiers Au VIe siècle av. J.-C., les mathématiques grecques étaient déjà très développées, grâce aux contributions des Égyptiens, des Assyriens et des Babyloniens. Avec Pythagore (env. 570 - 497 av. J.-C.) et son école, les nombres deviennent le principe des choses dans le sens « physique », en tant qu'unités essentielles qui se composent comme des points matériels pour produire toutes les choses. Ainsi, l'étude de la nature devient l'étude des proportions numériques entre les aspects des choses qu'il est possible de compter et de mesurer. La perfection des idées mathématiques et géométriques Les idées pythagoriciennes eurent elles aussi un brillant avenir, mais l'influence la plus importante sur la naissance de la physique moderne, dans laquelle la description mathématique de la nature revêt un rôle central, fut exercée par Platon (427-347 av. J.-C.). Pour Platon, seul le raisonnement mathématique est en mesure de nous mener à la certitude. Il est donc le modèle de référence idéal de tout raisonnement. Mais le rôle des mathématiques et de la géométrie ne se limite pas là. L'essence idéale des choses sensibles qui nous entourent doit être recherchée dans leur forme géométrique et dans leurs rapports mathématiques. Par exemple, les quatre éléments d'Empédocle correspondent à des compositions de figures géométriques simples qui donnent lieu à quatre polyèdres réguliers - le tétraèdre (la terre), l'icosaèdre (l'eau), le cube (l'air), l'octaèdre (le feu). Au cinquième polyèdre régulier connu - le dodécaèdre - doit correspondre une autre substance primordiale qui concerne peut-être la nature des sphères célestes. L'ATOMISME : DÉMOCRITE ET ÉPICURE Atomes et vide Un autre ingrédient essentiel de la physique moderne est la conception atomistique de la matière. L'idée originale nous vient encore une fois d'un grand philosophe grec, Démocrite (env. 460-env. -370 av. J.-C.). Sa théorie est la première théorie 3 mécanique du monde, car il voit toutes les choses existantes comme composées d'atomes minuscules, c'est-à-dire de minuscules morceaux de matière qui ne peuvent pas être subdivisés en morceaux plus petits (le mot « atome » veut dire « indivisible »). En même temps, pour Démocrite, tous les changements doivent être ramenés au simple mouvement des atomes et aux inévitables chocs entre eux. Il faut donc se représenter l'espace dans lequel les atomes se meuvent comme un espace vide, c'est-à-dire dépourvu de matière. Les choses, y compris la Terre, le Soleil et les planètes, sont donc des agrégats d'atomes qui se produisent par hasard, sans aucune intervention providentielle. Évidemment, la nécessité de l'explication de la multiplicité des substances et des éléments conduit Démocrite à envisager divers types d'atomes, différents par leur forme et par leurs dimensions, et différents également de par les « forces d'attraction » et de « répulsion » qui s'exercent entre eux. Les idées de Démocrite devaient être reprises par Épicure (342 - 270 av. J.-C.), né à Samos, et, en termes très suggestifs, par le poète latin Lucrèce (95 - 55 av. J.-C.). Elles seront à plusieurs reprises attaquées et condamnées parce que jugées matérialistes, athées et immorales. Toutefois, c'est bien l'atomisme qui caractérisera les principaux aspects de la physique moderne. LA PHYSIQUE D'ARISTOTE Il nous faut à présent nous arrêter plus longuement sur la physique d'Aristote (384322 av. J.-C.). La pensée et la tradition aristotélicienne restèrent en effet le point de référence pour tous les savants jusqu'au début du XVIIe siècle. De plus, la doctrine aristotélicienne constitue la première grande organisation de tous les aspects du savoir, du monde humain et naturel au cosmos pris dans son ensemble, en passant par les aspects les plus abstraits de la logique et de la méthode scientifique. Les principes explicatifs de la métaphysique aristotélicienne sont exprimés sous la forme de dichotomies : matière - forme puissance - acte substance - accident La matière du monde « sublunaire » est constituée de quatre éléments, ou essences : l'eau, l'air, la terre et le feu. La matière des sphères célestes (cosmologie classique) est constituée par contre par une quintessence, l'éther. La forme est ce qui permet d'identifier les objets matériels, ce qui leur assigne une spécificité et une individualité. Tout objet existant est donc une unité indivise de matière et de forme, précisément parce qu'il est une chose et pas une autre. Les choses sont donc des unités indivises de matière et de forme. Connaître les choses revient à reconnaître ce qui fait partie de leur « essence » ou substance. Tout ce qui n'appartient pas d'une façon nécessaire à cette substance (c'est-à-dire ce qui ne distingue pas un objet en tant que propriété essentielle de cet objet) est un accident (par exemple le fait qu'un homme soit blond ou brun). La vraie signification du mot qui désigne une chose réside dans le concept que nous en avons et qui permet de l'identifier sur la base de ses propriétés essentielles. C'est pour cette raison qu'il est si important de classer les choses sur la base de leurs différences qualitatives. 4 Mais les objets changent : un enfant devient adulte, une fleur se transforme en fruit, l'eau se transmue en glace. Le mouvement dans l'espace est seulement un type particulier de changement. Le problème est le suivant : comment pouvons-nous comprendre le changement ? Le changement : puissance et acte L'axiome de base de l'interprétation aristotélicienne du changement est que, si un objet ou l'un de ses aspects se transforme, cela veut dire que le résultat de cette transformation était déjà présent en puissance dans l'objet même. Ce que l'objet est maintenant, c'est l'objet en acte, et c'est ce que l'objet était en puissance quelque temps auparavant. Et l'objet en acte lui aussi est sûrement quelque chose d'autre en puissance. Par conséquent, la matière possède en puissance les formes qu'elle possédera ensuite en acte. Pour chaque objet et pour chaque changement, il existe alors en premier lieu deux causes : la cause matérielle et la cause formelle. En vertu de la cause matérielle, l'objet existe comme pure potentialité. En vertu de la cause formelle, l'objet est cet objet donné et non pas un autre. Mais pour devenir cet objet en acte, l'objet a souvent besoin de deux autres causes : la cause efficiente et la cause finale. Les deux premières causes existent, pour ainsi dire, hors du temps, les deux autres agissent, en revanche, dans le temps. La cause finale est l'action de la fin à atteindre, avant qu'elle ne soit atteinte. À travers elle, l'objet prend cette forme et non pas une autre, car de la sorte, il atteint mieux son but (par exemple, les poumons ont cette forme parce qu'ils sont faits pour respirer). La cause efficiente est le moyen qui permet à la cause finale d'agir, ou bien qui en empêche l'action. Si une fleur est destinée à devenir fruit afin de permettre la reproduction de la plante, elle sera faite de façon à réaliser ce but, mais elle ne pourra pas l'atteindre sans l'abeille, c'est-à-dire sans la cause efficiente, qui, en butinant le nectar, lui apporte le pollen d'autres fleurs. FEU chaud sec AIR TERRE humide froid EAU Les quatre éléments, dans leurs différentes combinaisons, constituent la cause matérielle de tous les objets sublunaires. Ce sont des substances, dans la mesure où ils ont une forme qui leur assigne des qualités essentielles (chaud, froid, sec, humide), sur la base desquelles ils ont chacun des propriétés spécifiques. Les mouvements ou les changements sont substantiels (génération et corruption), qualitatifs (dessèchement, réchauffement, etc.), quantitatifs (augmentation, diminution), locaux (déplacement, éloignement, rapprochement, etc.). Les 5 changements se divisent en violents (qui ont besoin d'une cause efficiente) et naturels (qui se produisent spontanément sur la base de leur cause finale). éther eau terre feu air Les changements locaux naturels pour les substances sublunaires sont le mouvement vers le bas et le mouvement vers le haut, selon que dans leur composition prédominent les substances lourdes (l'eau et la terre) ou légères (l'air et le feu), et le mouvement circulaire, considéré comme mouvement parfait parce que n'ayant ni début ni fin, pour les sphères célestes et l'éther. À ce point de vue, il existe une hiérarchie des mouvements : le mouvement rectiligne est un mouvement moins parfait que le mouvement circulaire, car il doit avoir un début et une fin. La substance la plus parfaite, la « quintessence », c'est-àdire l'éther, ne peut qu'avoir un mouvement circulaire. Quoi qu'il en soit, le monde de la matière « brute », celle des cailloux, des mers, du feu et de l'air, est un monde de niveau inférieur, dans lequel la substance est à un niveau de complexité minimale et où les tendances et les changements sont les plus banals, s'agissant principalement de changements de lieu. Bref, le mouvement local ne mérite pas, du point de vue aristotélicien, une attention particulière, et il ne vaut pas la peine d'y bâtir une science. Le mouvement des corps « Physique », pour Aristote, signifie « la nature dans son ensemble », et ce qu'il nous présente est une philosophie de la nature dans laquelle il n'y a pas de sens à essayer de distinguer les disciplines scientifiques auxquelles nous sommes habitués aujourd'hui. Il est important toutefois d'extraire de cette conception globale et unitaire quelques considérations relatives au mouvement local des corps, car c'est sur elles que se concentrera l'attention polémique des physiciens modernes. Citons en particulier un passage célèbre de la Physique : « Nous voyons que le même poids et le même corps se meuvent plus rapidement pour deux causes ; soit parce que l'élément à travers lequel passe l'objet est différent (par exemple, s'il passe à travers l'eau ou la terre, ou bien à travers l'eau et l'air), soit parce que l'objet déplacé, si les autres facteurs sont les mêmes, diffère par excès de poids ou de légèreté. » On voit immédiatement qu'Aristote décrit quelque chose d'évident pour tout le monde. Il parle de « projectiles », c'est-à-dire d'objets lancés. Il est évident que la vitesse du projectile, à effort de lancer égal, sera d'autant plus grande que le milieu traversé à travers lequel il passe est moins dense (une balle de golf ira plus 6 lentement à travers l'eau qu'à travers l'air), et sera d'autant plus grande que le projectile est plus dense (une balle de ping-pong ira plus lentement qu'une balle de golf). Le milieu exercera de toute façon une résistance et, peu à peu, le mouvement naturel vers le bas tendra à prévaloir. Mais comment le caillou faisait-il pour se mouvoir dans une direction différente de celle du mouvement naturel, même quand il avait quitté la main qui l'avait lancé ? Le mouvement « violent » doit toujours avoir une cause externe. Aristote imagina que cette cause externe devait être recherchée dans le milieu (dans ce cas, l'air), dans lequel le caillou se mouvait. L'air, tendant à occuper à nouveau immédiatement l'espace vide que le caillou laissait derrière lui pendant son déplacement, finissait par le pousser plus encore en avant. La conclusion qu'Aristote tire de cette vision est légitime. Si nous pensons que la vitesse du projectile est inversement proportionnelle à la densité du milieu qu'il doit traverser, alors, dans le vide, dont la densité est nulle, la vitesse du projectile devrait être infinie ! Par conséquent, selon Aristote, le vide ne peut pas exister. LES DÉBUTS DE LA MÉTHODE EXPÉRIMENTALE : ARCHIMÈDE Archimède (287-212 av. J.-C.) n'est pas seulement un grand mathématicien, mais il est également considéré comme l'un des premiers savants attachés à la méthode expérimentale. On le considère comme l'inventeur de nombreux dispositifs, de la vis à la vis sans fin, en passant par les célèbres miroirs brûlants qui auraient été utilisés dans la défense de Syracuse, sa ville natale. Mais ses contributions à la statique et au problème du flottement des corps sont sans doute les plus intéressantes du point de vue de la physique. On rattache le nom d'Archimède au principe du levier (il aurait dit : « Donnez-moi un point d'appui et je soulèverai le monde »), à l'utilisation de la balance, à l'équilibre des corps lourds (il formula clairement le concept de centre de gravité), et à l'explication des corps flottants sur la base du principe dit de la Poussée d'Archimède qui traditionnellement se formule ainsi : « Tout corps plongé dans un liquide subit, de la part de ce liquide, une force verticale, dirigée vers le haut et égale au poids du volume de liquide déplaçé. » LA COSMOLOGIE CLASSIQUE JUSQU'À PTOLÉMÉE Les anciens vivaient « au contact » du ciel étoilé plus que nous ne le faisons aujourd'hui. C'est un fait évident. Les rares et faibles sources d'éclairage nocturne les mettaient, par les nuits claires, en présence du mystère grandiose de la voûte céleste. Et, ne voulant pas admettre que les étoiles étaient distribuées au hasard, ils virent dans la disposition et dans le mouvement des étoiles autant de « signes » chargés de sens pour les destinées humaines. Peu à peu, les dieux se déplacèrent des bois vers le sommet des monts, et jusqu'au ciel, d'où ils pouvaient exercer avec plus de force leurs « influences ». Mais ce furent aussi des exigences pratiques, liées avant tout à l'agriculture et à la navigation, qui portèrent à définir avec précision les « moments propices » (pour semer, appareiller, pêcher, vendanger, etc.), et donc à scander et à mesurer le temps, en établissant exactement la durée des cycles que l'on observait dans le ciel et donc sur la Terre : le jour, le mois, l'année et ses saisons. Laissons de côté les acquisitions importantes de l'astronomie babylonienne, égyptienne et de l'astronomie orientale, indienne et chinoise. Revenons à la 7 civilisation grecque, pour retrouver les « personnages » dont nous avons parlé précédemment. Pour les Grecs, l'« amour de la sagesse » avait surtout pour objet la compréhension du mystère de l'Univers. En premier lieu, il faut effectuer une distinction entre physis et kosmos. La physis est la « nature » dans sa multiplicité, sa vitalité spontanée, dans sa capacité à croître et à se développer, dans sa caducité et sa mortalité ; le kosmos est « ordre », proportion, symétrie, stabilité, et c'est ce qui est immuable et immortel. Pour cela, l'astronome grec est appelé mathematikos et l'astronomie est une branche des mathématiques. Les premiers grands résultats de l'observation astronomique appartiennent à l'école ionique. On raconte, bien que cela soit invérifiable, que Thalès surprit ces concitoyens en prévoyant l'éclipse de Soleil qui eut lieu en 585 av. J.-C., et que pour cette raison, on fit de lui l'un des « sept sages ». Mais sa vision cosmologique se fonde sur une distinction absolue entre le haut et le bas, en vertu de laquelle la Terre a besoin d'un support qui la soutienne. Il la décrit comme plate dans sa partie habitée. Anaximandre se représentait lui aussi les terres habitées comme la base supérieure d'un cylindre dont la hauteur ne dépasse pas un tiers de la largeur. Sa conception des étoiles est singulière. Elles ne seraient autres que des orifices pratiqués dans l'intérieur de la jante de grandes roues, pleines de feu, qui tournent constamment autour de la Terre. Les pythagoriciens, impressionnés par l'extraordinaire régularité des mouvements célestes, étudièrent les rapports numériques entre périodes et distances, cherchant des corrélations avec des accords musicaux (c'est à eux que l'on doit l'idée de l'harmonie de l'Univers). L'une des principales préoccupations était celle de la Grande Année, c'est-à-dire de la période de temps minimum nécessaire pour que l'ensemble des astres observables atteignent exactement la même configuration (rappelons-nous 2001 L'odyssée de l'espace). Quoi qu'il en soit, la grande contribution des pythagoriciens a consisté à théoriser la perfection de la sphère comme forme typique des astres et donc aussi de la Terre, suspendue au centre de l'Univers (sans qu'il n'y ait plus, par conséquent, aucune distinction absolue entre le haut et le bas), et du mouvement circulaire, comme mouvement principal des corps de la voûte céleste. Le mouvement circulaire L'école platonicienne, et en particulier Eudoxe de Cnide (391 - 338 av. J.-C.), donnèrent à l'Univers classique sa forme définitive. Le problème était de ramener à des mouvements circulaires, parfaitement réguliers, les mouvements « apparents » observés dans le ciel. Dans ce but, Eudoxe construisit un Univers fait de sphères tournantes concentriques, les sphères célestes. La sphère des étoiles fixes renferme l'Univers entier et la durée de sa rotation, la plus régulière, est la durée du jour sidéral. Le Soleil, la Lune et les planètes, dits astres errants, accomplissent toutefois des mouvements beaucoup plus complexes. Pour Eudoxe, le problème devient alors celui de la connaissance du nombre et de la nature des sphères célestes tournantes - et de leurs interdépendances. Aristote reprend la conception des platoniciens et maintient la distinction entre ciel et Terre. Le mouvement circulaire est une propriété « naturelle » des corps célestes (et de la quintessence, l'éther), en tant qu'ils sont distincts des corps terrestres, composés des quatre éléments, qui se meuvent selon un mouvement naturel rectiligne. Les différences « techniques » avec Eudoxe tiennent au nombre des 8 sphères célestes - qui atteignent le nombre de 55 - et dans l'affirmation que chacune d'entre elles dispose de son propre moteur. Après Aristote, les objectifs de la recherche astronomique se modifient. Ils se déplacent hors de Grèce, à Rhodes, à Pergame et, surtout, à Alexandrie. Hipparque de Nicée (194-120 av. J.-C.), considéré comme le plus grand astronome de toute l'Antiquité, et à qui l'on doit la découverte de la précession des équinoxes s'établit à Rhodes. Euclide (ayant vécu autour de 300 av. J.-C.) et Aristarque de Samos (310 - 230 env. av. J.-C.), le premier savant connu ayant formulé une hypothèse, retrouvée sous une forme très voisine au XVIe siècle par Copernic suivant laquelle le Soleil est au centre de l'Univers, travaillent à Alexandrie. La recherche se spécialise, avec des méthodes d'observation et de mesure très précises. L'astronomie classique atteint son apogée avec l'Almageste de Ptolémée (env. 100 - 170), dans lequel la spéculation cosmologique laisse la place à la précision mathématique. Le système géocentrique y reçoit sa formalisation la plus rigoureuse, mais aussi la plus complexe, car il est en parfait accord avec les observations. Les planètes, par exemple, ne tournent pas autour de la Terre. Celleci est située dans une position « excentrique », c'est-à-dire décalée par rapport au centre de la rotation des planètes. En même temps, les planètes ne se meuvent pas selon un cercle parfait, mais, tandis qu'elles tournent sur le cercle, elles accomplissent aussi un mouvement circulaire autour des points du cercle, autrement dit elles accomplissent un épicycle. Reste toutefois l'hypothèse fondamentale selon laquelle tout mouvement céleste doit résulter de la composition de mouvements parfaitement circulaires. Pour cela, il y a des corps célestes « exceptionnels », comme par exemple les comètes, qui ne respectent pas les règles et dont les mouvements ou plutôt les apparitions ont été associés par la crédulité populaire à des événements également « exceptionnels », presque toujours des désastres et des calamités. LA RÉVOLUTION SCIENTIFIQUE ANTÉCÉDENTS ET PRÉSUPPOSÉS La science médiévale et la redécouverte de la pensée classique Entre le VIe et le XIe siècle, on ne peut pas parler de science dans le sens moderne du terme. La diffusion du christianisme orientait l'attention intellectuelle vers des problématiques supraterrestres et des polémiques théologiques (dans lesquelles pouvaient se refléter certains conflits politiques et sociaux). L'oeuvre des classiques était pratiquement oubliée et les quelques personnes qui continuaient à la traduire et à la commenter étaient rarement en mesure de bien la comprendre. Ce n'est qu'avec la reprise des échanges avec l'Orient et le contact avec la culture arabe qu'au début du deuxième millénaire, les anciens savoirs recommencèrent à circuler. Du XIe au XIIIe siècle, on assiste à une grand essor de la traduction des auteurs classiques, qui deviennent le noyau central d'une nouvelle culture médiévale. Ce fut surtout Aristote qui réveilla l'intérêt pour les phénomènes naturels. Mais la redécouverte d'Aristote fut beaucoup plus difficile et contradictoire qu'on ne le pense communément. L'Église ne voyait pas d'un bon oeil un philosophe qui ne croyait pas à l'immortalité de l'âme, à la transmutabilité des substances, à la création de l'Univers et de l'homme. Ce n'est pas par hasard que les théologiens 9 « orthodoxes » déchaînèrent une violente campagne anti-aristotélicienne, allant même jusqu'à interdire l'enseignement de la doctrine aristotélicienne dans les plus importantes universités européennes. Mais cette attitude fermée et dogmatique eut aussi l'effet de stimuler les premières critiques de la physique aristotélicienne, critiques qui devaient être par la suite utilisées pour parvenir à une modification radicale de cette théorie. Nous ne parlerons ici que de la conception du mouvement des « projectiles » (c'està-dire les objets lancés selon un mouvement « violent », dans une direction autre que celle de leur mouvement « naturel »). Pour Aristote, comme nous le savons, la tendance à se mouvoir vers le haut ou vers le bas est une caractéristique essentielle des corps et ne nécessite pas d'explication. La cause de ce mouvement est interne au corps même. En revanche, le mouvement d'un caillou lancé vers le haut, tant qu'il est dirigé vers le haut, doit avoir une cause « externe » au caillou luimême, cause qui, précisément, était associée au déplacement de l'air aspiré par l'espace laissé presque vide par le caillou en mouvement. La théorie de l'impetus À cette théorie, s'oppose au Moyen Âge, ce que l'on appelle la théorie de l'impetus. Selon Jean Buridan (env. 1300 - env. 1358), l'un des principaux tenants de cette théorie, l'impetus est une espèce de « force » incorporelle qui est imprimée au projectile au moment du lancement et que le projectile tend à conserver durant son mouvement. Seule la résistance du milieu est la cause du ralentissement progressif du corps dans la direction du lancement. Inversement, dans la chute vers le bas, c'est comme si le mouvement naturel comportait une augmentation continue de l'impetus. De cette façon, on pouvait commencer à avoir une explication de l'accélération des corps vers le bas qui, tout en ayant été connue d'Aristote, n'avait trouvé aucune explication dans son oeuvre. En même temps, on pouvait imaginer que, s'il n'y avait pas eu un milieu résistant, le corps aurait poursuivi indéfiniment son mouvement dans la direction du lancer. Une conclusion qui représenta pour beaucoup l'origine de ce qui devait devenir par la suite le principe d'inertie. Ces observations ont amené les historiens des sciences à réévaluer l'importance de la recherche scientifique de la fin du Moyen Âge. Moyen Âge et révolution scientifique On dit en général que la révolution scientifique est caractérisée par deux idées générales : - la nature peut être décrite exactement en termes mathématiques ; - les lois qui décrivent le fonctionnement de la nature doivent être découvertes et vérifiées à travers l'expérience. Or, si la révolution scientifique consistait uniquement dans l'affirmation de ces idées, ce que nous avons dit jusqu'ici nous ferait déduire que les liens des savants du XVIe et du XVIIe siècle avec le passé sont plus forts qu'on pourrait l'imaginer et qu'on ne peut pas parler de véritable « révolution ». En premier lieu, le domaine principal où a lieu la révolution scientifique est l'astronomie, science très développée dans l'Antiquité, au point que Copernic put fonder tranquillement sa théorie révolutionnaire sur les observations effectuées par Ptolémée. En même temps, Copernic, savant de la Renaissance, pensait que son 10 système du monde était le vrai, parce qu'il était convaincu qu'il était proche de celui du monde antique, c'est-à-dire de l'âge d'or. En outre, le savoir magique, les pratiques alchimiques, les problèmes artisanaux, pratiques, quotidiens, se fondaient toujours sur des processus d'observation et d'expérience. Les pratiques astrologiques, cabalistiques, hermétiques avaient pour fondement l'idée pythagoricienne de l'essence numérique de la réalité et de son organisation selon des principes spirituels d'ordre géométriques. Or, ces idées eurent une large diffusion à la fin du Moyen Âge, et furent les bases des aspects méthodologiques essentiels de la nouvelle vision du savoir qui devait s'affirmer avec la révolution scientifique. En même temps, la révolution scientifique n'aurait pas eu lieu sans les recherches et les acquisitions de la mécanique, des mathématiques, de la logique et de l'optique médiévales. La science de la Renaissance : Léonard de Vinci Il est clair que la révolution scientifique n'a pas été un événement fortuit. Pour s'en convaincre, il suffit de prendre en considération certains savants du passé. Léonard de Vinci (1452 - 1519) est l'un des plus grands génies de l'histoire de la culture humaine. La recherche historique a toutefois permis de comprendre que Léonard n'était pas le prototype du savant ou de l'ingénieur moderne. Son génie et ses recherches ne peuvent être appréhendés que si Léonard est replacé dans son époque, c'est-à-dire à une période où l'idée même de science naturelle était profondément différente de la nôtre. Le Léonard artiste ne peut donc pas être séparé du Léonard savant, parce qu'à l'époque la science et l'art étaient toutes deux considérées comme des formes de connaissance du monde réel. Quoi qu'il en soit, Léonard est une figure de transition. Son activité de recherche sur les harmonies et sur les lois naturelles, qui se traduisait presque toujours en dessins, croquis, notes rédigées au moyen de sa méthode extraordinaire d'écriture inversée, est en premier lieu une activité d'assimilation profonde de ce qu'avaient découvert et traité les savants de l'Antiquité classique et du Moyen Âge. Il affectionnait particulièrement les problèmes relatifs à la statique mécanique et à l'équilibre (qui trouvaient ensuite une application dans son activité de sculpteur). Il a étudié la détermination du centre de gravité de solides plus ou moins réguliers de façon très originale. Ses études d'hydraulique sont tournées principalement vers les applications techniques, mais contiennent le germe des concepts capables de représenter le mouvement des fluides. Les idées de Léonard concernant la dynamique des corps se réfère à la théorie de l'impetus. Par la suite, son travail pictural se centre sur des problèmes d'optique, pour lesquels Léonard sait apprécier la contribution de la science arabe. Il étudie et réélabore le savoir qui l'a précédé. Il dispose de l'exceptionnelle faculté de pouvoir définir certains des thèmes centraux de la science du futur. LA TRANSITION VERS LA PHYSIQUE MODERNE Nous avons dit que la description mathématique et la méthode expérimentale semblaient deux aspects essentiels d'un nouvel idéal de science physique affirmé par la révolution scientifique. En réalité, il faut ajouter un troisième aspect, aussi important que les autres. Les savants du XVIIe siècle, en effet, commencèrent à 11 soutenir et à diffuser également une conception générale du monde matériel, qui peut être ramenée à l'affirmation suivante : - la nature est un gigantesque mécanisme ou ensemble de mécanismes, dans lesquels règnent l'ordre et la régularité. Dire « mécanisme », cela veut dire que, dans la description des changements naturels, qui était l'objet de la physique aristotélicienne, il faut privilégier les changements qui peuvent être ramenés au seul « mouvement local », c'est-à-dire au mouvement dans l'espace et dans le temps, des corps matériels. De ce point de vue, le mécanisme de la révolution scientifique est surtout un retour à l'atomisme classique. Toute la réalité est conçue comme pouvant être ramenée au mouvement et à l'interaction de corpuscules, trop petits pour être vus à l'oeil nu, qui se heurtent, se poussent les uns les autres. Quand cette conception s'affirma et se répandit, outrepassant l'opposition des milieux intellectuels qui se référaient à des conceptions magiques, occultes, spiritualistes, animistes, religieuses, le destin de la physique dans un certain sens fut scellé. Nous traiterons de trois personnages clefs de cette « révolution », dont l'oeuvre et sa diffusion eurent pour cadre l'Italie, la Grande-Bretagne et la France, avec respectivement Galilée (1564-1642), Francis Bacon (1561-1626), et René Descartes (1596-1650). Galilée Deux facteurs eurent une importance décisive dans la formation de Galilée : l'étude approfondie des mathématiques les plus avancées de son temps et celle de l'astronomie. Nous savons que les deux domaines étaient profondément liés, mais ce lien prit chez Galilée le sens d'une profonde imbrication entre le discours mathématique et le discours physique. En même temps, Galilée montra un profond respect pour l'expérience, à condition qu'elle fût « raisonnée », c'est-à-dire qu'elle ne se limite pas à l'observation superficielle, mais aille au-delà des apparences immédiates afin de répondre à des questions précises posées par le savant qui souhaitait vérifier ses hypothèses. Nous traiterons des découvertes astronomiques fondamentales de Galilée. Pour l'instant, parlons des découvertes physiques, en gardant toujours présent à l'esprit toutefois qu'elles sont étroitement liées aux recherches dans le domaine astronomique et qu'elles en constituent une forme de couronnement. Pour Galilée, le mouvement spontané (c'est-à-dire le mouvement non altéré ou induit par des effets perturbants particuliers) des corps « simples » était régi par des lois mathématiques exactes, qu'il s'agisse de corps célestes ou de corps terrestres. Pour éliminer l'un des principaux arguments anti-coperniciens contre le mouvement de la Terre, Galilée entreprit ses recherches sur la chute des corps. Le problème initial était le suivant : si la Terre se meut, alors un corps ne peut tomber exactement au point de la surface de la Terre qui se trouve à l'intersection entre la verticale passant par le corps et la surface même. Pour répondre à cette objection, Galilée dut imaginer le fameux principe de relativité du mouveme...