II. De la révolution copernicienne à Pierre-Simon de Laplace

HISTOIRE DE
L’ASTRONOMIE
II. De la révolution copernicienne à P.-S. de Laplace
Pr François Vernotte
UTINAM - Université de Franche-Comté/CNRS
Observatoire des Sciences de l’Univers THETA de Franche-Comté/Bourgogne
La révolution copernicienne
Le néo-pythagoricien et l’anti-aristotélicien
La science, un nouveau paradigme
Histoire de l’Astronomie
Sommaire
II. De la révolution copernicienne à Pierre-Simon de Laplace
1
La révolution copernicienne
Le siècle de Copernic
L’œuvre de Copernic
La révolution discrète
2
Le néo-pythagoricien et l’anti-aristotélicien
L’héritage du XVIe siècle
Kepler le néo-pythagoricien
Galilée l’anti-aristotélicien
3
La science, un nouveau paradigme
Un empiriste nommé Newton
Newton explique le monde
Les succès de la mécanique céleste
F. Vernotte – Histoire de l’astronomie
II. De la révolution copernicienne à Pierre-Simon de Laplace
2
La révolution copernicienne
Le néo-pythagoricien et l’anti-aristotélicien
La science, un nouveau paradigme
Le siècle de Copernic
L’œuvre de Copernic
La révolution discrète
Renaissance. . .
La sclérose scolastique
Repli au XIVe s. (sauf G. d’Ockham, J. Buridan et N. Oresme)
les (rares) universités dispensent un enseignement très figé
dans les contenus (arts, médecine, droit, théologie)
dans les méthodes (lectio, quaestio, disputatio)
au dogme religieux s’ajoute le “dogme aristotélicien”
L’humanisme succède à la philosophie scolastique
Explosion artistique en Italie au XIVe siècle
programme de Pétrarque (1304/1374) :
retrouver les textes originaux des classiques
(toutes disciplines)
relancer et poursuivre leur recherche
beaucoup de nouvelles universités
une invention révolutionnaire : l’imprimerie (1451)
F. Vernotte – Histoire de l’astronomie
II. De la révolution copernicienne à Pierre-Simon de Laplace
3
La révolution copernicienne
Le néo-pythagoricien et l’anti-aristotélicien
La science, un nouveau paradigme
Le siècle de Copernic
L’œuvre de Copernic
La révolution discrète
Contexte religieux
La réforme et l’inquisition
Réforme. . .
1517 Luther (1483/1546) dénonce la dérive marchande de l’Église
1521 Luther est excommunié
1540 l’Europe du Nord-Ouest acquise à la réforme
1545 concile de Trente : l’Église catholique réaffirme sa discipline
et ses dogmes
. . . et contre-réforme
les guerres de religion ensanglantent l’Europe
persécutions des protestants dans les états
catholiques (Saint-Barthélémy, 1572)
l’inquisition démasque les protestants et brûle les
livres mis à l’index
persécutions des catholiques dans les états
protestants (Valence, 1562)
F. Vernotte – Histoire de l’astronomie
II. De la révolution copernicienne à Pierre-Simon de Laplace
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La révolution copernicienne
Le néo-pythagoricien et l’anti-aristotélicien
La science, un nouveau paradigme
Le siècle de Copernic
L’œuvre de Copernic
La révolution discrète
Les précurseurs au XVe siècle
Nicolas de Cues (1401/1464) et l’Univers in(dé)fini
Nicolas de Cues : “la machine du monde aura pour ainsi dire son
centre partout et sa circonférence nulle part, puisque sa
circonférence et son centre sont Dieu qui est partout et nulle part.”
Nicolas de Cues in “De la docte ignorance”, PUF, 1930
Georg von Peuerbach et Regiomontanus
Georg von Peurbach (1423/1461) et son élève Regiomontanus
(Johannes Müller von Königsberg, 1436/1476)
intègrent les systèmes de Ptolémée et d’Ibn Al-Shatir
réalisent des observations très précises
fabriquent des instruments nouveaux
développent la trigonométrie plane et sphérique
calculent des tables astronomiques et des éphémérides
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La révolution copernicienne
Le néo-pythagoricien et l’anti-aristotélicien
La science, un nouveau paradigme
Le siècle de Copernic
L’œuvre de Copernic
La révolution discrète
Le système du chanoine Copernic
L’astronome tourmenté
Une réfléxion très aristotélicienne. . .
Copernic est attaché au mouvement circulaire uniforme
il rejette la notion d’équant
il faut trouver une alternative à Ptolémée
⇒ retour aux sources classiques
le système d’Héraclide était en vogue
Regiomontanus avait étudié Aristarque
les professeurs de Copernic avaient été les élèves
de Regiomontanus
Copernic est convaincu de la mobilité de la Terre
⇒ le Soleil est au centre de l’Univers
Nicolas Copernic
(1473-1543)
Connaissait-il le système d’Aristarque de Samos ?
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La révolution copernicienne
Le néo-pythagoricien et l’anti-aristotélicien
La science, un nouveau paradigme
Le siècle de Copernic
L’œuvre de Copernic
La révolution discrète
Un accouchement dans la douleur
∼1510-1514 Copernic publie un résumé de
son système : le Commentariolus
1524 le secrétaire de Léon X expose le
système de Copernic
1527 le cardinal Schönberg lui
demande de publier son travail
1539 Rheticus devient le disciple de
Copernic
1540 Copernic laisse Rheticus publier
un second résumé : le Narratio
prima
mai 1542 Rheticus fait imprimer l’œuvre de
Copernic : le De revolutionibus
24 mai 1543 Copernic reçoit le premier
exemplaire de son livre
Copernic à 70 ans
(reconstitution d’après
son crâne)
24 mai 1543 Copernic meurt
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Le siècle de Copernic
L’œuvre de Copernic
La révolution discrète
De revolutionibus orbium coelestium
Un livre passionnant ! Mais un échec littéraire. . .
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La science, un nouveau paradigme
Le siècle de Copernic
L’œuvre de Copernic
La révolution discrète
La Terre change de statut : pour simplifier ?
Pas si simplificateur,
finalement :
7 mouvements
circulaires
uniformes
2 rotations (Terre
et Lune)
+ 39 épicycles !
⇒ 48 mouvements
contre
40
Ptolémée !
F. Vernotte – Histoire de l’astronomie
pour
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La science, un nouveau paradigme
Le siècle de Copernic
L’œuvre de Copernic
La révolution discrète
La préface d’Osiander : “sauver les apparences”. . .
mai 1542 Rheticus arrive à Nuremberg avec le manuscrit
juin 1542 Copernic reçoit régulièrement des feuilles imprimées
nov. 1542
Rheticus quitte Nuremberg pour
intégrer un nouveau poste à Leipzig
Rheticus confie l’impression à Andreas
Osiander (1498-1552), théologien
protestant acquis à l’héliocentrisme
déc. 1542
Osiander change le titre :
“De revolutionibus orbium mundi”
devient
“De revolutionibus orbium cœlestium”
Osiander joint une préface non signée
Osiander
“(. . . ) ces hypothèses n’ont pas besoin d’être vraies ni même
probables (. . . ) que personne n’attende rien de l’astronomie (. . . )”
Copernic en est très irrité
Après une attaque cérébrale, il devient hémiplégique
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Le néo-pythagoricien et l’anti-aristotélicien
La science, un nouveau paradigme
Le siècle de Copernic
L’œuvre de Copernic
La révolution discrète
Les craintes de Copernic
Pourquoi tant d’hésitations ?
Par crainte de l’église catholique ?
→ peu vraisemblable compte-tenu de l’encouragement du pape
Par crainte des états luthériens ?
→ peu vraisemblable compte-tenu du soutien de Melanchton à
Rheticus
Par crainte des aristotéliciens ?
→ peut-être : que répondre à leurs arguments ?
Par manque de confiance dans son système ?
→ sans doute : lui qui croyait à un système simple et
harmonieux. . .
Par peur du ridicule ?
→ vraisemblablement : après 30 ans de suspense, le “De
revolutionibus” peut paraître décevant !
Par culte du “secret pythagoricien” ?
→ assurément !
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Le néo-pythagoricien et l’anti-aristotélicien
La science, un nouveau paradigme
Le siècle de Copernic
L’œuvre de Copernic
La révolution discrète
La révolution copernicienne
Une révolution discrète
Un débat feutré autour du “De revolutionibus”
La 1ere édition, tirée à 1000 exemplaires, ne fût jamais épuisée
seulement 4 réimpressions (1566, 1617, 1854, 1873)
moins de réactions que le “Commentariolus” et que la “Narratio”
Luther (∼1540) : “Cet imbécile veut mettre tout l’art de l’astronomie à
l’envers. Seulement, l’Écriture Sainte nous le dit, c’est au Soleil que
Josué a commandé de s’arrêter, pas à la Terre.”
1546 : un dominicain écrit un traité dénonçant l’héliocentrisme
1549 : Mélanchton (1497/1560) préconise des mesures sévères
pour réprimer l’impiété des “coperniciens”
1551 : Reinhold (1511/1553) utilise les travaux de Copernic
pour ses “Prutenicæ Tabulæ” à la base du calendrier Grégorien
Digges (1546/1595) et surtout Bruno (1548/1600) diffusent
l’héliocentrisme au-delà des lettrés
1616 : “De Revolutionibus" est mis à l’index
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La science, un nouveau paradigme
Le siècle de Copernic
L’œuvre de Copernic
La révolution discrète
L’Univers devient infini
Thomas Digges (1546/1595), publie en 1576 une nouvelle
édition de l’almanach perpétuel de son père Léonard
(1520/1559) : “A Prognostication everlasting”
Il ajoute à la dernière édition de son
père (1556) plusieurs appendices
dont : “A Perfit Description of the
Caelestiall Orbes according to the
most aunciente doctrine of the
Pythagoreans, latelye revived by
Copernicus and by Geometricall
Demonstrations approved”
Première publication en anglais du
système de Copernic
Digges “explose” la sphère des fixes :
“(. . . ) l’orbe des étoiles fixes s’étend sphériquement dans l’altitude
infiniment vers le haut (. . . )”
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La science, un nouveau paradigme
Le siècle de Copernic
L’œuvre de Copernic
La révolution discrète
La réaction de l’Église
Une réaction lente mais féroce. . .
Giordano Bruno (1548/1600)
est ordonné prêtre en 1573
“défroque” en 1576, accusé d’hérésie
voyage de 1576 à 1592 en Italie, Suisse, France,
Angleterre et Allemagne
publie une quarantaine d’œuvres dont :
De l’infinito, universo e Mondi, 1584
De gl’ heroici furori, 1585
De innumerabilibus, immenso, et infigurabili, 1591
est arrêté par l’inquisition en 1592
“(. . . ) il est impossible qu’un être rationnel suffisamment vigilant
puisse imaginer que ces mondes innombrables, aussi magnifiques
qu’est le nôtre ou encore plus magnifiques, soient dépourvus
d’habitants semblables et même supérieurs.”
Il est brûlé le 17 février 1600 : la répression de l’Église commence
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Le néo-pythagoricien et l’anti-aristotélicien
La science, un nouveau paradigme
L’héritage du XVIe siècle
Kepler le néo-pythagoricien
Galilée l’anti-aristotélicien
Tycho Brahe, le plus grand observateur à l’œil nu
L’homme au nez d’or
Un personnage hors norme
Issu de la haute noblesse danoise
Ombrageux, têtu, autoritaire
⇒ à 20 ans, il a le nez tranché au cours d’un
duel pour sauver l’honneur de. . . Pythagore !
Passionné d’astronomie mais aussi de
géographie
alchimie
astrologie
banquets. . .
Il fonde un grand observatoire astronomique
moderne sur son île (Hven)
Il réalise les observations les plus précises
(résolution : 2’ d’angle)
Tycho Brahe (1546-1601)
Une naissance et une mort à la hauteur du personnage. . .
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La science, un nouveau paradigme
L’héritage du XVIe siècle
Kepler le néo-pythagoricien
Galilée l’anti-aristotélicien
Le secret de Tycho Brahe
Des instruments sur mesure
Quadrant mural
(r = 1,96 m)
Sphère armillaire
Quadrant mobile
(r = 1,5 m)
(r = 1,6 m)
Précision des mesures : 30" d’arc
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La science, un nouveau paradigme
L’héritage du XVIe siècle
Kepler le néo-pythagoricien
Galilée l’anti-aristotélicien
Les observations de Tycho Brahe
Révolution dans le monde supra-lunaire !
Tycho Brahe fait 2 observations capitales :
la supernova de 1572 : le 11 novembre,
Tycho Brahe voit apparaître une étoile très
brillante dans Cassiopée, qui disparaîtra
progressivement jusqu’en 1574
⇒ il arrive donc que de nouvelles étoiles
(nova stella) apparaissent
la grande comète de 1577 : sa parallaxe
diurne est trop faible pour être mesurée
⇒ la comète est bien plus éloignée que la
Lune
C’en est fini de l’immuabilité du monde supra-lunaire
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Le néo-pythagoricien et l’anti-aristotélicien
La science, un nouveau paradigme
L’héritage du XVIe siècle
Kepler le néo-pythagoricien
Galilée l’anti-aristotélicien
Le monde de Tycho Brahe
Une alternative à Copernic
La sphère des fixes
est toujours à la même
distance de la Terre
⇒
la Terre est au centre
de l’Univers
la Lune tourne autour
de la Terre
le Soleil tourne autour
de la Terre
les planètes tournent
autour du Soleil
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Le néo-pythagoricien et l’anti-aristotélicien
La science, un nouveau paradigme
L’héritage du XVIe siècle
Kepler le néo-pythagoricien
Galilée l’anti-aristotélicien
Tycho Brahe à Prague
1597 : Tycho
Brahe doit fuir le
Danemark
1599 : Tycho
Brahe est appelé
à Prague par
Rodolphe II de
Habsbourg
(1552-1612) pour
devenir son
mathématicien
impérial
1601 : mort de
Tycho Brahe à
Prague
Tycho Brahe et Rodolphe II
À sa mort, Tycho Brahe laisse un gigantesque corpus de mesures
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La science, un nouveau paradigme
L’héritage du XVIe siècle
Kepler le néo-pythagoricien
Galilée l’anti-aristotélicien
Johannes Kepler (1571-1630)
Une personnalité aux antipodes de
celle de Tycho Brahe
Johannes Kepler est issu d’une
famille très modeste
c’est un personnage austère
protestant également, il prône
l’œcuménisme
⇒ rejeté par les partisans de la
réforme comme de la
contre-réforme
affligé d’une mauvaise vue, il ne
sera jamais un observateur de la
trempe de Tycho Brahe
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Le néo-pythagoricien et l’anti-aristotélicien
La science, un nouveau paradigme
L’héritage du XVIe siècle
Kepler le néo-pythagoricien
Galilée l’anti-aristotélicien
Le secret du monde (I)
Mysterium Cosmographicum
Kepler est convaincu
par le système héliocentrique de Copernic
que les mouvements des planètes
constituent un message divin adressé à
l’Homme
qu’il doit trouver l’harmonie du monde
Révélation le 19 juillet 1595
5 solides de Platon ⇔ 5 intervalles entre les
6 planètes
chaque solide est circonscrit à l’orbe de la
planète immédiatement inférieure
chaque solide est inscrit dans l’orbe de la
planète immédiatement supérieure
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Les 5 solides de Platon
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La science, un nouveau paradigme
L’héritage du XVIe siècle
Kepler le néo-pythagoricien
Galilée l’anti-aristotélicien
Le secret du monde (II)
Mysterium Cosmographicum
la sphère de Saturne inscrit
un cube qui inscrit
la sphère de Jupiter qui inscrit
un tétraèdre qui inscrit
la sphère de Mars qui inscrit
un dodécaèdre qui inscrit
la sphère de la Terre qui inscrit
un icosaèdre qui inscrit
la sphère de Vénus qui inscrit
un octaèdre qui inscrit
la sphère de Mercure
“Tu tiens là la raison du nombre des planètes”
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La science, un nouveau paradigme
L’héritage du XVIe siècle
Kepler le néo-pythagoricien
Galilée l’anti-aristotélicien
La rencontre Brahe-Kepler
Brahe ne partage pas les idées de Kepler
ni l’héliocentrisme
ni son goût pour les spéculations
mais reconnaît ses talents de mathématiciens
Brahe invite Kepler à Prague
en 1600, Kepler, chassé de Gratz par la contre-réforme, devient
assistant de Brahe, mathématicien protestant d’un empereur
catholique !
Brahe apprécie le travail de Kepler mais se méfie : il lui délivre
ses observations au compte-goutte. . .
À la mort de Brahe, en 1601, Kepler hérite
de ses fonctions
de ses observations (difficilement)
mais pas de la totalité de son salaire !
La période 1601-1612 sera la plus productive de Kepler
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Le néo-pythagoricien et l’anti-aristotélicien
La science, un nouveau paradigme
L’héritage du XVIe siècle
Kepler le néo-pythagoricien
Galilée l’anti-aristotélicien
La bataille de Mars
Des apparences difficiles à sauver !
Plus les observations sont précises (Tycho
Brahe : 2’), plus il est difficile de “sauver les
apparences” :
⇒ 8 années de travail intense seront nécessaire à Képler pour gagner la “bataille de
Mars” et publier l’“Astronomia Nova” (1609)
Kepler trouve sa 2e loi (loi des aires)
il doit se résigner, on ne peut rendre compte
des observations de Brahe
ni avec les épicycles
ni avec les excentriques
⇒ l’orbite de Mars n’est pas un cercle parfait :
c’est une ellipse (1e loi) !
La nature des choses n’est plus ce qu’elle était !
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L’héritage du XVIe siècle
Kepler le néo-pythagoricien
Galilée l’anti-aristotélicien
L’harmonie
du monde
e
La 3 loi de Kepler
En 1619, Kepler publie “Harmonices Mundi”, ouvrage mêlant des
considérations esthétiques et des éléments essentiels de la physique
comme :
la responsabilité du Soleil dans l’attraction des planètes (cause
magnétique)
a3
la 3e loi de Kepler :
=1
avec
T2
a le demi grand-axe de l’orbite
de la planète relativement
au demi grand-axe de
l’orbite terrestre
T la période de révolution de
la planète autour du Soleil
en années
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La révolution copernicienne
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La science, un nouveau paradigme
L’héritage du XVIe siècle
Kepler le néo-pythagoricien
Galilée l’anti-aristotélicien
Galilée, l’anti-aristotélicien
“(. . . ) ils ont été nourris dès l’enfance dans
l’opinion que la philosophie n’est rien, ne
peut rien être qu’une étude complète des
écrits d’Aristote, telle que de divers
passages on puisse promptement
rassembler et ramasser un grand nombre
de solutions pour n’importe quel problème.
Ils souhaitent ne jamais lever les yeux de
ces pages, comme si le grand livre de
l’Univers n’avait été écrit que pour être lu
par Aristote dont les yeux eussent été
destinés à voir pour toute la postérité.”
Galilée, “Lettre sur les taches solaires” (1612),
cité par Jean-Marie Vigoureux in
“Les pommes de Newton”, Albin Michel, 2003
F. Vernotte – Histoire de l’astronomie
Galileo Galilei
(1564-1642)
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La science, un nouveau paradigme
L’héritage du XVIe siècle
Kepler le néo-pythagoricien
Galilée l’anti-aristotélicien
Le messager des étoiles (I)
Une moisson de découvertes extraordinaires
Galilée est le premier à tourner une longue-vue vers
le ciel ; en quelques semaines, il découvre :
les montagnes et les cratères de la Lune
la nature de la Voie Lactée
des amas d’étoiles
beaucoup d’étoiles invisibles à l’œil nu
les satellites de Jupiter
les taches du Soleil
les phases de Vénus
la forme étrange de Saturne
...
beaucoup d’astres que personne n’avait observé
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La révolution copernicienne
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La science, un nouveau paradigme
L’héritage du XVIe siècle
Kepler le néo-pythagoricien
Galilée l’anti-aristotélicien
Le messager des étoiles (II)
observations publiées dans le “Sidereus Nuncius” (mars 1610)
les 500 premiers exemplaires sont épuisés en quelques jours
Coup dur pour les aristotéliciens
la Lune n’est pas une sphère parfaite
il existe des astres invisibles aux yeux humains
Vénus tourne autour du Soleil
il existe plus de 7 planètes alors qu’il n’y a que 7 métaux
Ripostes
la lunette “défigure le spectacle des cieux”
les taches du Soleil pourraient être des planètes à “contre-jour”
Galilée ridiculise ses contradicteurs. . .
. . . et se fait beaucoup d’ennemis !
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La révolution copernicienne
Le néo-pythagoricien et l’anti-aristotélicien
La science, un nouveau paradigme
L’héritage du XVIe siècle
Kepler le néo-pythagoricien
Galilée l’anti-aristotélicien
Le procès de 1616
Sauver les apparences ou nature des choses ?
Le cardinal Bellarmin reconnaît l’intérêt pratique de
l’héliocentrisme pour les calculs astronomiques
il demande une réfutation concluante
du géocentrisme faute de quoi il
condamnera l’héliocentrisme en tant
que vérité physique
La réponse de Galilée
il échoue à démontrer le mouvement
de la Terre par les marées
il refuse de considérer l’héliocentrisme comme une hypothèse
La thèse copernicienne est condamnée
mais Galilée n’est pas inquiété
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La révolution copernicienne
Le néo-pythagoricien et l’anti-aristotélicien
La science, un nouveau paradigme
L’héritage du XVIe siècle
Kepler le néo-pythagoricien
Galilée l’anti-aristotélicien
Le procès de 1633 (I)
Une commande du pape
dans les années 1620, Urbain VIII, ami de Galilée, lui demande
de rédiger un ouvrage qui présenterait de façon impartiale le
système aristotélicien et le système copernicien
Galilée publie en 1632 le “Dialogo sopra i due massimi sistemi
del mondo”
les aristotéliciens se sentent ridiculisés
Un nouveau procès
Galilée est accusé de ne pas respecter
le jugement de 1616
il est interrogé de février à juin 1633
il est menacé de torture (et risque le
bûcher)
Galilée cède
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La révolution copernicienne
Le néo-pythagoricien et l’anti-aristotélicien
La science, un nouveau paradigme
L’héritage du XVIe siècle
Kepler le néo-pythagoricien
Galilée l’anti-aristotélicien
Le procès de 1633 (II) : la sanction
Prison à vie (commué en assignation à résidence)
le “Dialogo” est interdit
Galilée doit prononcer la formule d’abjuration :
“Moi, Galiléo, (. . . ) alors que j’avais été condamné par injonction du
Saint Office d’abandonner complètement la croyance fausse que le
Soleil est au centre du monde et ne se déplace pas, et que la Terre
n’est pas au centre du monde et se déplace, et de ne pas défendre ni
enseigner cette doctrine erronée de quelque manière que ce soit, par
oral ou par écrit ; et après avoir été averti que cette doctrine n’est pas
conforme à ce que disent les Saintes Écritures, j’ai écrit et publié un
livre dans lequel je traite de cette doctrine condamnée et la présente
par des arguments très pressants, sans la réfuter en aucune
manière ; ce pour quoi j’ai été tenu pour hautement suspect d’hérésie
(. . . ) j’abjure
e et je maudis d’un cœur sincère et avecRune foi non
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9 Arthur Koestler in “Les somnambules” (p. 575), Les Belles
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F. Vernotte – Histoire de l’astronomie
II. De la révolution copernicienne à Pierre-Simon de Laplace
31
La révolution copernicienne
Le néo-pythagoricien et l’anti-aristotélicien
La science, un nouveau paradigme
L’héritage du XVIe siècle
Kepler le néo-pythagoricien
Galilée l’anti-aristotélicien
La physique pour prouver l’héliocentrisme
et pourfendre les aristotéliciens
Pour Galilée, on peut aussi “mathématiser” les mouvements sur Terre
Loi du mouvement uniformément accéléré
En faisant rouler des billes sur plan incliné, il prouve que
la vitesse finale ne dépend que du dénivelé
l’accélération ne dépend que de la pente
vitesse et accélération sont indépendantes de la masse
⇒ opposé à la physique aristotélicienne !
Inertie et relativité
si rien n’agit sur lui, un corps conserve sa vitesse et sa direction
vrai pour un corps au repos ou animé d’un mouvement rectiligne
⇒ la vitesse est une grandeur relative (6= absolue)
⇒ opposé à la physique aristotélicienne !
La méthode expérimentale
Décrite dans “Discorsi e Dimonstrazioni . . . movimenti locali” (1638)
F. Vernotte – Histoire de l’astronomie
II. De la révolution copernicienne à Pierre-Simon de Laplace
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La révolution copernicienne
Le néo-pythagoricien et l’anti-aristotélicien
La science, un nouveau paradigme
L’héritage du XVIe siècle
Kepler le néo-pythagoricien
Galilée l’anti-aristotélicien
Képler et Galilée unifient le monde
“À l’époque même où Kepler étudie le mouvement des corps
célestes, Galilée étudie celui des corps terrestres. Pendant que le
premier démontre le caractère ‘physique’, et donc ‘terrestre’, des lois
du ciel, le second, de façon strictement parallèle, démontre le
caractère ‘mathématique’ et donc ‘céleste’ des lois terrestres. Par
leurs travaux, le ciel et la Terre sont enfin prêts à se rejoindre.”
Jean-Marie Vigoureux, “Les pommes de Newton” (p. 193), Albin Michel, 2003
F. Vernotte – Histoire de l’astronomie
II. De la révolution copernicienne à Pierre-Simon de Laplace
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La révolution copernicienne
Le néo-pythagoricien et l’anti-aristotélicien
La science, un nouveau paradigme
Un empiriste nommé Newton
Newton explique le monde
Les succès de la mécanique céleste
La science, un nouveau paradigme
Copernic
la révolution lente de
l’héliocentrisme
.
Kepler
les lois du
mouvement
des astres
Galilée
les lois du
mouvement
sur Terre
&
&
Empirisme
l’expérience,
source de la
connaissance
Rationalisme
la
raison,
source de la
connaissance
.
Newton
un cadre et une méthode
unifiée pour comprendre le
monde
F. Vernotte – Histoire de l’astronomie
II. De la révolution copernicienne à Pierre-Simon de Laplace
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La révolution copernicienne
Le néo-pythagoricien et l’anti-aristotélicien
La science, un nouveau paradigme
Un empiriste nommé Newton
Newton explique le monde
Les succès de la mécanique céleste
L’œuvre scientifique de Newton
(hors mécanique)
Mathématiques
calcul infinitésimal : conflit avec Leibniz
formule du binôme : développement de (a + b)n
identités de Newton : polynômes à plusieurs
variables
méthode de Newton : racine d’une fonction réelle
courbes cubiques, calcul de π, . . .
Isaac Newton
(1642/1727)
Optique
décomposition de la lumière blanche en couleurs
théorie corpusculaire de la lumière
cause de la réfraction lumineuse
fabrication du premier télescope en 1672
publication d’“Opticks” en 1704
F. Vernotte – Histoire de l’astronomie
Le télescope de
Newton
II. De la révolution copernicienne à Pierre-Simon de Laplace
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La révolution copernicienne
Le néo-pythagoricien et l’anti-aristotélicien
La science, un nouveau paradigme
Un empiriste nommé Newton
Newton explique le monde
Les succès de la mécanique céleste
La méthodologie newtonienne (I)
Un empiriste convaincu
Règles qu’il faut suivre dans l’étude de la physique
1
Il ne faut admettre de causes, que celles qui sont nécessaires
pour expliquer les Phénomènes.
2
Les effets du même genre doivent toujours être attribués, autant
qu’il est possible, à la même cause.
3
Les qualités des corps qui ne sont susceptibles ni
d’augmentation ni diminution, et qui appartiennent à tous les
corps sur lesquels on peut faire des expériences, doivent être
regardées comme appartenant à tous les corps en général.
4
(. . . ) les proportions tirées par induction des phénomènes
doivent être regardées malgré les hypothèses contraires, comme
exactement ou à peu près vraies, jusqu’à ce que quelques
autres phénomènes les confirment entièrement ou fassent voir
qu’elles sont sujettes à des exceptions.
Isaac Newton, “Principia” (livre III), Dunod, 2005 (pp. 295-297)
F. Vernotte – Histoire de l’astronomie
II. De la révolution copernicienne à Pierre-Simon de Laplace
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Le néo-pythagoricien et l’anti-aristotélicien
La science, un nouveau paradigme
Un empiriste nommé Newton
Newton explique le monde
Les succès de la mécanique céleste
La méthodologie newtonienne (II)
Un empiriste acharné
(. . . ) tout ce qui ne se déduit point des phénomènes est une
hypothèse : et les hypothèses, soit métaphysiques, soit physiques,
soit mécaniques, soit celles des qualités occultes, ne doivent pas être
reçues dans la philosophie expérimentale.
Isaac Newton, “Principia” (livre III), Dunod, 2005 (pp. 412-413)
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II. De la révolution copernicienne à Pierre-Simon de Laplace
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Un empiriste nommé Newton
Newton explique le monde
Les succès de la mécanique céleste
Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica
Organisation de l’ouvrage
Définitions
masse, quantité de mouvement, forces
Lois du mouvement
principes de l’inertie, fondamental de la dynamique, des actions
réciproques, de relativité
Livre premier : Du mouvement des corps (dans le vide)
forces centripètes, détermination des orbes elliptiques,
paraboliques et hyperboliques
Livre second : Du mouvement des corps (dans les milieux
résistants)
mouvements rectiligne, circulaire, oscillant, des fluides
Livre troisième : Du Système du Monde
règles méthodologiques, phénomènes, propositions (loi de
l’attraction universelle, mouvements des corps du système
solaire)
F. Vernotte – Histoire de l’astronomie
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La science, un nouveau paradigme
Un empiriste nommé Newton
Newton explique le monde
Les succès de la mécanique céleste
Les lois du mouvement
Les questions ouvertes de la seconde moitié du XVIIe siècle :
Pourquoi les planètes tournent-elles autour du Soleil ?
Pourquoi les objets tombent-ils sur la Terre ?
Comment assembler
les lois de Képler qui régissent le mouvement des corps célestes
les principes de Galilée (inertie et relativité) qui régissent le
mouvement des corps terrestres ?
Newton en déduit 3 principes (Principia, 1687) :
1
2
3
principe de l’inertie : en l’absence de force, tout corps
persévère dans le repos ou dans le mouvement rectiligne
uniforme dans lequel il se trouve
principe fondamental de la dynamique : les changements
dans le mouvement sont proportionnels à la force motrice et
suivant sa direction
principe des actions réciproques : l’action est toujours égale
et opposée à la réaction
F. Vernotte – Histoire de l’astronomie
II. De la révolution copernicienne à Pierre-Simon de Laplace
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La révolution copernicienne
Le néo-pythagoricien et l’anti-aristotélicien
La science, un nouveau paradigme
Un empiriste nommé Newton
Newton explique le monde
Les succès de la mécanique céleste
La théorie de la gravitation
Les orbites de la pomme qui tombe et de la Lune qui tourne
Si on lance horizontalement une
pomme du haut d’une montagne
avec des vitesses croissantes
mais inférieures à 7,9 km/s (de
A à E), la pomme finit par
retomber sur Terre
avec une vitesse égale à 7,9
km/s (F ), la pomme tourne
autour de la Terre indéfiniment
⇒ les mouvements de la pomme
et de la Lune sont de même
nature
La forme de l’orbite (parabolique, circulaire, elliptique, . . . ) ainsi que
ses paramètres (demi grand-axe, excentricité, . . . ) dépendent des
conditions initiales (module et direction de la vitesse de lancement)
F. Vernotte – Histoire de l’astronomie
II. De la révolution copernicienne à Pierre-Simon de Laplace
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Le néo-pythagoricien et l’anti-aristotélicien
La science, un nouveau paradigme
Un empiriste nommé Newton
Newton explique le monde
Les succès de la mécanique céleste
L’attraction universelle
Pourquoi la pomme et la Lune “tombent” sur la Terre ?
Parce que tous les corps s’attirent en raison du produit de leur masse
et en raison inverse du carré de leur distance
~ 21 = G m1 m2~i
F
d2
et
~ 12 = −G m1 m2~i
F
d2
avec G = 6, 674 · 10−11 N·m2 /kg2 dans le Système International
d’unités
La force gravitationnelle s’exerce à distance, sans contact, sans
support
La synthèse est achevée
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La révolution copernicienne
Le néo-pythagoricien et l’anti-aristotélicien
La science, un nouveau paradigme
Un empiriste nommé Newton
Newton explique le monde
Les succès de la mécanique céleste
Le système solaire (I)
Distances absolues dans le système solaire
1673 : Cassini calcule la distance Terre-Soleil
grâce à la mesure de la parallaxe de Mars
⇒ toutes les distances des planètes sont connues
Beaucoup de nouvelles Lunes
7 nouveaux satellites de Saturne
⇒ 1 par Huygens, 4 par Cassini, 2 par Hershel
Giovanni Cassini
(1625/1712)
Les anneaux de Saturne
1656 : découverte par Huygens
1675 : observation des divisions par Cassini
F. Vernotte – Histoire de l’astronomie
II. De la révolution copernicienne à Pierre-Simon de Laplace
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La révolution copernicienne
Le néo-pythagoricien et l’anti-aristotélicien
La science, un nouveau paradigme
Un empiriste nommé Newton
Newton explique le monde
Les succès de la mécanique céleste
Le système solaire (II)
Une nouvelle planète
1781 : Herschel découvre Uranus (par hasard)
⇒ y a-t-il d’autres planètes dans le système solaire ?
La loi de Titius-Bode
Les distances des planètes au Soleil semblent
obéir à la relation : rn = 0, 4 + 0, 3 × 2n−1
Pl. Me
V
T Ma
?
J
S
U
loi 0,4 0,7 1 1,6 2,8 5,2 10 20
a
0,4 0,7 1 1,5
?
5,2 9,5 19
⇒ Manque-t-il une planète entre Mars et Jupiter ?
William Herschel
(1738/1822)
La découverte des astéroïdes
1801 : Piazzi découvre une micro-planète entre Mars et Jupiter
⇒ beaucoup d’autres astéroïdes du même type seront découverts
⇒ confirmation de la loi de Titius-Bode ? Non !
F. Vernotte – Histoire de l’astronomie
II. De la révolution copernicienne à Pierre-Simon de Laplace
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La révolution copernicienne
Le néo-pythagoricien et l’anti-aristotélicien
La science, un nouveau paradigme
Un empiriste nommé Newton
Newton explique le monde
Les succès de la mécanique céleste
L’Univers lointain
Le catalogage des nébuleuses
La chasse aux comètes intéresse
beaucoup les astronomes
⇒ il faut cataloguer les nébuleuses qui
ressemblent aux comètes
La forme de la galaxie
Herschel réalise un comptage des étoiles
dans la Voie Lactée
Le télescope de 1,2 m de
Herschel
⇒ la galaxie a la forme d’une lentille très plate
⇒ existe-t-il d’autres galaxies ?
Oui, il existe d’autres “univers-îles” selon Kant
(1755). . .
F. Vernotte – Histoire de l’astronomie
Carte de la Voie Lactée par
Herschel
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Les succès de la mécanique céleste
L’univers est-il infini ?
Le paradoxe de Chéseaux-Olbers : pourquoi la nuit est-elle noire ?
Si l’Univers est infini et si la densité d’étoiles est uniforme, on imagine
des “coquilles” sphériques : centre = Terre, rayon r , épaisseur dr
le nombre d’étoiles entre les
sphères de rayon r et r + dr
augmente comme r 2
la luminosité des étoiles à une
distance r décroît comme 1/r 2
⇒ la luminosité de chaque “coquille”
d’épaisseur dr est la même
⇒ le ciel est uniformément brillant
Or
le ciel est noir
⇒ l’Univers est fini dans l’espace ou dans le temps
F. Vernotte – Histoire de l’astronomie
II. De la révolution copernicienne à Pierre-Simon de Laplace
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Le néo-pythagoricien et l’anti-aristotélicien
La science, un nouveau paradigme
Un empiriste nommé Newton
Newton explique le monde
Les succès de la mécanique céleste
Le triomphe de la mécanique céleste
Laplace publie :
“Exposition du Système du Monde” (1798)
naissance, stabilité du système solaire, . . .
“Traité de Mécanique céleste” (1799)
formalisme moderne de la physique
mathématique (interactions entre planètes)
Général Bonaparte : “Newton a parlé de Dieu
dans son livre. J’ai déjà parcouru le vôtre et je
n’y ai pas trouvé ce nom une seule fois.”
Laplace : “Citoyen premier Consul, je n’ai pas
eu besoin de cette hypothèse.”
d’après Hervé Faye, “Sur l’origine du monde, théories
cosmogoniques des anciens et des modernes” (p. 110),
Gauthier-Villars, 1884
F. Vernotte – Histoire de l’astronomie
Pierre-Simon de Laplace
(1749/1827)
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La science, un nouveau paradigme
Un empiriste nommé Newton
Newton explique le monde
Les succès de la mécanique céleste
Au-delà de l’héliocentrisme et de la nouvelle science
Les lumières et la science
La raison contre l’obscurantisme,
la liberté contre l’oppression
La fin des monarchies absolues
Des monarchies constitutionnelles ou des
républiques remplacent progressivement
les monarchies absolues en Europe
Un système d’unités révolutionnaire
Le système métrique
progrès de l’ingénierie
facilite
les
Une explosion technologique
La machine à vapeur et l’électricité
conduisent à la révolution industrielle
F. Vernotte – Histoire de l’astronomie
II. De la révolution copernicienne à Pierre-Simon de Laplace
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La révolution copernicienne
Le néo-pythagoricien et l’anti-aristotélicien
La science, un nouveau paradigme
Un empiriste nommé Newton
Newton explique le monde
Les succès de la mécanique céleste
Bibliographie
Nicolas de Cusa, “Trois traités sur la docte ignorance et la coïncidence des
opposés”, Éditions du Cerf, 1991
Nicolas Copernic, “Des révolutions des orbes célestes”, Diderot, 1998
Giordano Bruno, “De l’infini, de l’univers et des mondes”, Les belles lettres, 1995
Johannes Kepler, “Le secret du monde”, Les belles lettres, 1984
Philippe Depondt, Guillemette de Véricourt, “Kepler, éd. du Rouergue, 2005
Galileo Galilei, “Le messager des étoiles”, éditions du Seuil, 1992
Galileo Galilei, “Dialogue sur les deux grands systèmes du monde”, éditions du
Seuil, 1992
Galileo Galilei, “Discours concernant deux sciences nouvelles”, PUF, 1995
Isaac Newton, “Principes mathématiques de la philosophie naturelle”, Dunod,
2005
Emmanuel Kant, “Histoire générale de la nature et Théorie du ciel”, Vrin, 1984
Hervé Faye, “Sur l’origine du monde – Théories cosmogoniques des anciens et
des modernes”, Gauthier-Villars, 1884
Pierre Duhem, “Sauver les apparences : Essai sur la notion de théorie
physique”, Éditions Vrin, 1990
Alexandre Koyré, “Du monde clos à l’univers infini”, Gallimard, 1973
Arthur Koestler, “Les somnambules”, Les belles letres, 2012
Jean-Marie Vigoureux, “Les pommes de Newton”, Albin Michel, 2003
F. Vernotte – Histoire de l’astronomie
II. De la révolution copernicienne à Pierre-Simon de Laplace
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