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Et si on parlait physique

quelques notions anciennes du philosophe grec Démocrite et sur la physique quantique Bulczynski Isabelle
7 octobre 2004

Démocrite

(460 - 370 av. J.-C.)

 

En résumé, la conception de la matière selon Démocrite:

 

Aristote

(384 - 322 av. J.-C.)

 

En résumé, la conception de la matière selon Aristote:

 

John Dalton
(1766 - 1844)

En 1808, il publie son hypothèse atomique dans son Nouveau système de philosophie chimique qui se résume ainsi:

  • 1. La matière est composée de particules infiniment petites et indivisibles appelées atomes.
  • 2. Tous les atomes d'un même élément sont identiques; ils possèdent les mêmes propriétés et ils ont la même masse.
  • 3. Les atomes d'éléments différents ont des propriétés et des masses différentes.
  • 4. Dans les réactions chimiques, les atomes se combinent dans des rapports simples pour former de nouveaux composés («atomes composés» selon l'appellation de Dalton).

En résumé, la conception de la matière selon Dalton:

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La théorie de la Relativité

Le cadre historique

Avant-propos (I)

La plus ancienne trace historique qui traite de la relativité remonte aux Grecs, à un âge où la philosophie occupait une place importante dans l'érudition des penseurs[1]. Les textes les plus anciens remontent à l'école de Pythagore et de son élève Philolaos, au Veme siècle avant notre ère.

 

Où suis-je ? Comment est-ce que je me déplace ? Les lois de la nature sont-elles partout les mêmes ? Face à des questions de prime abord naïves, les réponses paraissent fort simples, pourtant au Moyen-Age vous auriez été jugé pour hérésie... Dans les lignes qui suivent nous allons essayer de formaliser ces concepts. 

La Terre est-elle en mouvement ? Cette question provoquait à l'époque la moquerie de celui qui la formulait. Comment en effet pouvait-elle être en mouvement puisque nous ne bougions pas ! Bon, admettons qu'elle bouge. Comment peut-on apprécier ce mouvement ?

La légende rapporte qu'au XVIIeme siècle Galilée fut jugé par l'Inquisition pour avoir soutenu la célèbre phrase "Eppur si muove ! ". Si la Terre était bien en mouvement, pourquoi ne ressentions-nous pas son déplacement ? Aristarque puis Ptolémée[2] avaient déjà remarqué que si la Terre tournait autour du Soleil, tous les astres continueraient de se lever à l'est et de se coucher à l'ouest. Par rapport au système géocentrique, le système héliocentrique apportait un nouveau point de vue, mais il ne permettait pas de clarifier les comportements de la nature.

Malgré ces nouveaux concepts, les philosophes Grecs ne pouvaient pas s'expliquer le mouvement des corps dans ces conditions. Le fait que la Terre se déplace semblait contradictoire devant l'expérience de tous les jours et Ptolémée rapporte cette impression dans son Almageste : "Ce mouvement [devrait être] extrêmement violent et d'une vitesse insurpassable [...]. Les corps tombant en ligne droite ne descendraient pas en perpendiculaire jusqu'au lieu qui leur fut destiné, lieu qui, entre-temps se serait retiré du fait d'un mouvement si rapide". Ces tentatives d'explications mettaient le doigt sur un principe élémentaire de relativité, qui sera énoncé d'une façon beaucoup plus riche... en 1904 par le mathématicien et philosophe français Henri Poincaré.

Les progrès scientifiques furent si lents qu'il fallut attendre la Renaissance pour que prévale enfin la trajectoire parabolique sur les mouvements "naturels", rectilignes ou circulaires qui dominaient la pensée aristotélicienne. Il fallut encore patienter pour que la mécanique céleste dévoile les lois qui régissent la Nature pour affirmer que nous étions bien en mouvement, en rotation sur nous-même ainsi qu'autour du Soleil. 

Au XVIIeme siècle, les sciences ont franchi une étape cruciale de leur développement, en insistant sur l'expérimentation comme préalable à la connaissance et sur le fait que toute théorie devait être justifiée par l'ultime fait observé.  

Comment tout cela a-t-il débuté ?

De la philosophie naturelle à la physique

Dans la Grèce Antique, Aristote fut l'initiateur de la philosophie naturelle, une discipline philosophique qui cherchait à expliquer le monde sensible. Ses successeurs l'appelleront la métaphysique[3]. Elle s'opposait aux mathématiques, incluant l'astronomie (alors mêlée à l'astrologie), qui s'attachaient à prédire le cours des phénomènes célestes. Pour tenter d'expliquer le monde sensible, Aristote[4] imaginait que tout changement était l'effet d'une cause. Il suivait en cela la philosophie de Platon décrite dans le Phédon. L'existence d'un objet, que ce soit une planète ou une sculpture répondait à 4 causes :

- Matérielle : l'objet existe parce qu'il est constitué d'une matière bien précise

- Efficiente : la force exercée par l'outil ou le milieu ambiant (poussée ou traction)

- Formelle : ce en quoi l'objet est changé, l'objet achevé

- Finale : l'idée que le sculpteur a de la statue, la beauté de l'objet, le lieu où doit se rendre l'objet.

Mais tous les phénomènes n'obéissaient pas aux quatre causes. Seule la physique les utilisait toutes quatre, quoique bien souvent les aristotéliciens expliquaient les phénomènes physiques à partir des seules causes formelles et finales. Mais la plupart des phénomènes fugitifs restaient inexpliqués. Aristote parlait alors de cause efficiente, de changement "violent". Si le phénomène restait réticent à toute explication, Aristote considérait l'ordre naturel comme l'ultime recours : les causes formelles expliquaient tant l'existence de l'eau, du feu ou la trajectoire des planètes.

En corollaire, aux yeux d'Aristote l'ordre naturel présentait trois vérités fondamentales :

- La Terre est au centre du Monde. Cet ordre naturel dépend de la seule cause formelle car la forme de la Terre ne peut être définie que dans cette position. Le système géocentrique est une conclusion hâtive intimement liée à notre perception du monde. A sa décharge il faut bien reconnaître que le sens commun est en sa faveur : tout indique en effet que la Terre est fixe et que le Soleil tourne autour de nous... Cette tautologie est tellement vrai qu'elle n'en deviendra ridicule... qu'au XVIIeme siècle avec l'invention de la lunette de Galilée. Pire, dans un récent sondage réalisé en 1981[5] il est apparu qu’un tiers de la population française vit encore dans une vision du monde précopernicienne ! Ce sentiment d'une faute logique sera dénoncé, notamment grâce aux travaux de Copernic, Galilée et de Kepler. Que le public les entende !

 

- Les corps lourds tombent plus rapidement que les corps légers. Ici également, il paraît évident que la chute des corps soit fonction de leur "poids". Cette explication naturelle prouve aussi que la personne qui émet cette idée n'a jamais fait sérieusement l'expérience, à l'instar d'Aristote. Au VIeme siècle après Jésus-Christ, Jean Philopon, un platonicien vivant à Alexandrie avait déjà dit dans une critique de la physique d’Aristote que deux corps lâchés d'une même hauteur, dont l'un était beaucoup plus lourd que l'autre tombaient pratiquement dans le même temps (nous savons que les différences sont imputables aux frottements dans l'air). On traduirait aujourd'hui cette idée par le principe d'équivalence (entre gravitation et inertie), nous y reviendrons.

- Enfin, tous les corps de l'univers ont une place définie par nature, vers laquelle ils tentent de revenir naturellement s'ils s'en éloignent. Ce "lieu propre" dont parle Aristote est synonyme de repos. D'autres phénomènes sont en rupture avec cet ordre naturel, ils sont dès lors animés d'un "mouvement violent". Mais aucun objet ne peut présenter les deux mouvements à la fois[6]. Selon Aristote, le mouvement est une propriété de la matière; un corps est soit au repos, soit en mouvement, tout comme l'eau est soit liquide soit solide. Le mouvement est donc une modification de la structure interne des corps. Etant donné qu'il n'existe pas de mouvement sans cause, ce changement contre nature doit être induit par un "moteur". Cette cause exerce une action sur le mouvement, une poussée (pression) ou une traction. La physique d'Aristote stipule que tous les corps du ciel tournent autour du centre du Monde, la Terre. Quant aux corps terrestres, altérables par essence, ils sont soumis au changement, au mouvement. Cette altération physique permet de les "translater" d'un endroit à un autre, jusqu'à ce qu'ils soient à l'état de repos. Repos et mouvement sont donc deux notions antagonistes, le repos étant une finalité du mouvement.

Mais Philopon de nouveau s’insurgea en faux. Il estimait déjà que les projectiles se déplaçaient dans l’air, non pas en vertu des mouvements de l’air, mais parce qu’ils avaient reçu initialement une certaine impulsion.

Les événements de tous les jours suscitaient également bien des questions. Autour de Leucippe et surtout de Démocrite (Veme siècle avant notre ère), certains philosophes se demandaient déjà quel phénomène cachait la transformation de l'eau en glace ? Les deux substances ayant pratiquement les mêmes propriétés, n'y avait-il pas sous ces phénomènes apparemment sans liens, une essence invariable, des particules insécables qui ne changeaient que spatialement de position ? Cette conception atomiste est déjà toute différente de celle enseignée par Aristote. Selon eux les atomes étaient lisses ou crochus - question d’affinité, le terme nous est resté - et séparés par le vide.

L'archer d'Aristote souleva lui aussi une profonde réflexion. Comment la flèche une fois lancée se maintenait-elle dans l'air ? Le mouvement une fois enclenché, quel "moteur" la soutenait-elle? La doctrine atomiste ne se contentait pas d'observer ou de poser ses théories. Elle cherchait déjà une explication. L'origine du monde était une nécessité régi par des lois.

Ces quelques remarques prémonitoires anticipaient les idées de Galilée et rompirent définitivement avec la physique d’Aristote qui distinguait le monde supralunaire d’essence divine du monde terrestre et qui postulait l’éternité du mouvement.

Selon la doctrine hellénique le monde supralunaire ne participant pas aux mouvements verticaux des corps terrestres[7], les espaces situés au-delà de l'orbite de la Lune - et de l'atmosphère - devaient être remplis d'un fluide subtil qu'Aristote dénomma l'éther. Notons en passant que Philopon n’était pas de cet avis et considéra que les étoiles n’étaient pas constituées d’éther mais bien de matière ordinaire. Mais comment pouvait-il le prouver ? A défaut de preuve de la partie adverse et puisque de mémoire d'homme aucun changement ne s'y était jamais produit[8], ce fluide devait être inaltérable et éternel. Il était dynamique, constitué de particules capables de réactions mécaniques (dynamiques et élastiques) pouvant modifier le cours des astres qui s'y trouvaient. Les savants d'alors s'efforçaient de relier tous les événements de la nature à des forces instantanées qui s'exerçaient en lignes droites entre des masses invariables. Les points étaient matériels et cet aspect fini, discontinu de la matière imposait une "action à distance". Cela ne posait pas trop de difficultés dans une conception mystique de la nature. Une force "occulte" ou quelque autre dieu pouvait très bien expliquer cette action.

Que cela ne nous émeuve pas à outre mesure. Rappelons qu'il faudra attendre Descartes pour récuser cette idée tandis que Newton se permettait encore de faire intervenir Dieu quand sa mécanique céleste grippait. Pour les esprits de cette époque cette conception n'était pas si difficile à accepter, d'autant que la physique était encore à ces balbutiements. Mais ne cessant d'affirmer que l'éther était une réalité "en soi" - Aristote n’avait-il pas dit “la Nature a horreur du vide” - les physiciens durent concevoir des théories très sophistiquées pour qu'elles se plient aux exigences de dame Nature. C'est ainsi qu'au XVIIeme siècle, le hollandais Christian Huygens, contemporain de Galilée regardait ce fluide impondérable comme le support de la lumière. Il eut été contradictoire de penser que l'espace put être vide. Dans ces conditions, la lumière n'aurait "mécaniquement" pas pu se propager. Il y avait donc une interaction entre l'éther "luminifère" et la matière. Paradoxalement, l'éther ne semblait pas influencer les mouvements des astres. Progressivement, l'action à distance développée pour la mécanique newtonienne devint une notion familière. On la retrouva en mécanique, en électricité et en chimie. En poussant jusqu'au bout l'idée de l'éther, les physiciens du XIXeme siècle durent inclure toujours plus d'artifices pour expliquer le comportement étrange de la matière. La théorie devint tellement complexe que certains physiciens doutèrent de ses propriétés mécaniques. La théorie put être si simple... Cette prise de conscience débuta avec Galilée.  



 Dernière exposition à L' institut Français de Ouagadougou   vous trouverez dans cette page une présentation courte du travail de l'artiste via des Vidéos sur Youtube ainsi que des documents de Presse qui explique sommairement la technique utilisée.

Styles Oeuvres : Singulière
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Médias Oeuvres : Technique Mixte



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