De quoi est fait le monde ?Petite histoire d’une grande question.Episode 2 : la nouvelle philosophie

Fabien Besnard

January 19, 2013

Dans la p enombre 2Les savants du monde musulman . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3Les errances de l’alchimie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4Le saule de Van Helmont . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5La redecouverte d’Aristote . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6Le tournant de 1277. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

L’ emergence du m ecanisme 8Le contexte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9La revolution scientifique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10Quelques reperes chronologiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11De Revolutionibus Orbium Caelestium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12Les debuts difficile de l’heliocentrisme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13Et pourtant, elle tourne. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14La necessite d’une nouvelle mecanique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15La querelle sur le vide 1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16La querelle sur le vide 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17Le cartesianisme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18La fin des tourbillons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19Newton (1643–1727) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20Newton, Opticks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21cit. Newton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22cit. Boyle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

La naissance de la chimie moderne 24Phlogistique et calorique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25La chimie eclairee . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26Table des elements de Lavoisier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27La chimie atomique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28Bilan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

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Dans la p enombre 2 / 29

Les savants du monde musulman

● Savoir grec survit dans empire byzantin. Originalite↘ (sauf Philopon).

● Ecole d’Alexandrie se maintient quelque peu (mais christianisee)→ enseigne Aristote.

● 641 : Alexandrie conquise par Arabes (destruction Bibliotheque ?).� Aristotelisme passe dans le monde musulman (periode la plus creative : 800-1200)Geber (Jabir ibn Hayyan) 760, Al-Khawarizmi 820, Al-Kindi 840, Rhazes 900, Alhazen (ibn al-Haytham) 1000,Al-Biruni 1010, Avicenne 1020, Omar Khayyam 1080, Avempace 1100, Averroes 1160, Al-Djazari 1170

● Font progresser : astronomie, algebre, optique, medecine, (al)chimie.

● Profondement influences par Aristote (“Le philosophe”).

● Exception : Ibn Baja (Avempace)

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Les errances de l’alchimie

Demarre a Alexandrie vers -100. But : pierre philosophale et panacee� Transmutation = modification des proportions elementaires = “prediction” de la theorie d’Aristote

Succes mitige. . .Legue de nombreux instruments a lachimie moderne.Vers XIIe siecle : eau-de-vie. Serait-cela quintessence ?

Tournant : Paracelse (1493/1541).Detourne l’alchimie de la transmuta-tion au profit de la panacee.Rejette les 4 elements au profit deSel, Soufre, Mercure.On continue a faire reference aux 4elements dans les traites de chimiejusqu’au XVIIIe siecle.

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Le saule de Van Helmont

Van Helmont (1579/1644, Bruxelles)Etudie la fermentation intestinale grace aux flatulences.A l’origine du concept de gaz. . . → l’air peut contenir differents “gas”.Fait pousser un saule dans une caisse pendant 5 ans.

arbre +74 kg

terre -57 g

En deduit. . . Quoi a votre avis ?−→ Eau (arrosage) s’est transforme en element Terre (arbre).� pour comprendre ce qu’on observe on a besoin d’une theorie.

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La red ecouverte d’Aristote

De 1000 a 1200 : floraison de traductions latines (d’abord via l’arabe, puis directement du grec).Traduction d’Avicenne, Averroes, Maımonidesinfluence de la Reconquista, renaissance du XIIe siecle (essor econonomique, multiplication des ecoles)

Apparition des universites (Paris,Bologne, Oxford, puis pleind’autres. . . )Naissance de la scolastique : concilierAristote avec la foi chretienne.Bacon, Grossetete, Albert le grand,Thomas d’AquinTache difficile : pour Aristote mondeeternel, pas de miracle, . . .

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Le tournant de 1277

Etienne Tempier, eveque de Paris. Condamne 219 propositions sous peine d’excommunication (“erreursdes philosophes” : Aristote, Averroes).152 Les discours du theologien sont fondes sur des fables.153 On ne sait rien de plus quand on connaıt la theologie.154 Seuls les philosophes sont les sages du monde.34 Que la cause premiere ne pourrait pas creer plusieurs mondes.49 Que Dieu ne pourrait pas deplacer les cieux en un mouvement rectiligne; et que la raison en est qu’un videsubsisterait.147 Ce qui est absolument impossible ne peut pas etre fait par Dieu, ou par un autre agent. -C’est une erreur si l’onpense a l’impossible selon la nature.� Engendre une remise en cause d’Aristote : on discute (Buridan, Oresme)

● du vide a l’interieur du monde,

● du vide a l’exterieur du monde,

● de la possible rotation diurne de la Terre.

MAIS : pur jeu intellectuel. Climat de scepticisme vis-a-vis science.� La verite est a chercher uniquement dans les ecritures.

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L’ emergence du m ecanisme 8 / 29

Le contexte

● Redecouverte du De natura rerum deLucrece (1417)

● “Invention” de l’imprimerie (vers 1460)

● Decouverte du Nouveau Monde (1492+)

● Reforme lutherienne (1517, 95theses)

● Contre-reforme (a partir de 1560)

● Existence d’ılots de tolerance(Venise, Amsterdam, . . . )

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La r evolution scientifique

Liste de quelques grands progres entre 1540 et 1640 :

1. 1543 : Heliocentrisme (Copernic), anatomie (Vesale)

2. 1602 : Isochronisme des pendules (Galilee)

3. 1609-1619 : lois de Kepler

4. 1610 : decouverte de satellites de Jupiter, des phases de Venus, de la nature de la voie lactee (Galilee)

5. 1628 : Circulation sanguine (Harvey)

6. 1630-1638/1644 : lois de la chute des corps (Galilee), principe d’inertie (Galilee, Descartes)

Mathematiques : 1545 nombres complexes, 1637 methode des coordonnees, 1614 logarithmes, calcul integral etdifferentiel (1635-1684) , des probabilites (∼ 1650)Instruments :

1. ∼ 1586 Lunette d’approche

2. ∼ 1600 Microscope

3. 1609 Telescope

4. ∼ 1610 Thermometre

5. 1643 Barometre

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Quelques rep eres chronologiques

de Revolutionibus : 1543Galilee, Kepler : actifs vers 1600Descartes 1596-1650mort Galilee, naissance Newton : 1642Deux premieres lois de Kepler 1609Decouvertes astronomique de Galilee/Assassinat d’Henri IV 1610Louis XIII 1601-1643

99 ans

De RevolutionibusNaiss NewtonMort Galilée

1543 1642c. 1600 1610

Premières loisde Kepler Sidereus Nuncius

(Galilée)

MortHenri IV

NaissDescartes

Mort de Luther

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De Revolutionibus Orbium Caelestium

Aristote : le mouvement naturel dans l’ether est circulaire.Ptolemee (IIe siecle) : l’Almageste, Systeme geocentrique.Comment expliquer les stations et les retrogradations ?

T E

C

α

P

O

Le mouvement de C est circulaire parrapport a O. . .mais uniforme par rapport a E (α cte)

⇒ le systeme de Ptolemee n’est pas vraiment aristotelicien.Pourquoi changer ?

1. Ecarts avec l’observations (tres faibles, mais existent)

2. Systeme de Ptolemee tres complexe et non systematique (principe different pour Mercure)

Mentalite “medievale”: tout est bon pour sauver les apparences.Systeme astronomique→ calculs. Revelation→ verite.Copernic : cherche comment le monde marche vraiment.� retour a l’etat d’esprit des savants de l’AntiquiteMais Osiander trahit Copernic. . .

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Les d ebuts difficile de l’h eliocentrisme

Avantages du systeme copernicien :

1. Marche mieux pour certaines planetes.

2. Toutes les planetes ont le meme statut.

3. Il n’y a plus d’equant.

4. Ordre des planetes par rapport au soleil←→ periodes de revolutions.

Mais :

1. Marche moins bien pour certaines autres !

2. Pas la Lune !

3. Toujours un epicycle.POURQUOI A VOTRE AVIS ?

4. Pas de parallaxe stellaire.QUE REPONDRE ?

Probleme de la taille des etoiles.Probleme psychologique important : oblige a revoir completement l’image du monde.

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Et pourtant, elle tourne. . .

Grande comete de 1577 : semble passer a travers les spheres de cristal !1610 : Sidereus Nuncius. Galilee decouvre grace a son telescope :

1. Les crateres de la Lune.

2. Les phases de Venus.

3. L’existence de myriades d’etoiles invisibles a l’œil nu.

4. Que les etoiles ne sont pas plus grosses vues au telescope.

5. Les quatre plus gros satellites de Jupiter (planetes mediceennes).

Pourquoi est-ce que cela change tout ?Succes immediat du livre dans toute l’Europe. En cinq ans il va jusqu’a Pekin !1632 : Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo.1633 : l’ouvrage et son auteur sont condamnes. . .En deux siecles tout a change : on peut decouvrir la verite sur le monde et depasser le savoir desAnciens. Mais ca peut attirer des ennuis. . .

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La necessit e d’une nouvelle m ecanique

Quel est le moteur du cosmos ? Le Soleil ?Galileo Galilei 1564/1642

experiences sur la chute des corpspremiere idee du principe d’inertie

Johannes Kepler 1571/1630

lois de Kepler� Les derniers vestiges de la mecanique d’Aristote disparaissentMais comment reconstruire un systeme coherent ?

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La querelle sur le vide 1

MA : on explique certains phenomenes a l’aide de l’Horror vacui.

xxxxxxxxxxxxxxxxxx

tube bouché tube ouvert

xxxxxxxxxxxxx

→ l’eau ne s’ecoule pas, car sinon vide, et la nature en a horreur !Mais la colonne d’eau ne peut depasser 18 brasses (fontainiers)Galilee : la nature a une horreur limitee du vide !� La question du vide sort de la metaphysique pour

devenir experimentale.Torricelli (1644) remplace eau parmercure.Observe que ne depend pas de laforme du tube.=⇒ ne depend que de l’exterieur dutube : poids de l’airDensite du mercure : 13,5. Elevation : 760 mm. g ≈ 9, 8. Quelle est la p.a. en Pa ? ≈ 101000 Pa.

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La querelle sur le vide 2

Pascal (1648) : experience du Puy-de-dome.“Est-ce que la nature abhorre plus le vide sur les montagnes que dans les vallons ?”1657 experience des spheres de Magdebourg

Mais la querelle ne s’arrete pas pour autant !La lumiere passe a travers la partie superieure du tube. Ne doit-on pas supposer l’existence d’une“matiere subtile” servant de support au passage de celle-ci ?

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Le cart esianisme

Premier systeme du monde complet depuis l’Antiquite.“Car en examinant la nature de celle matiere, je trouve qu’elle ne consiste en autre chose, qu’en ce qu’elle a del’etendue en longueur, largeur et profondeur ; de facon que tout ce qui a ces trois dimensions est une partie de cettematiere; et il ne peut y avoir aucun espace entierement vide, c’est-a-dire, qui ne contienne aucune matiere, parce quenous ne saurions concevoir un tel espace, que nous ne concevions en lui ces trois dimensions, et par consequent dela matiere.”

● Matiere = etendue. Pas devide.

● Matiere faites de corpuscules(mais divisibles a l’infini).

● Mouvement + pas de vide ⇒tourbillons. � promeut le mecanisme. Matiere = inerte. Seul l’homme a une ame.

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La fin des tourbillons

Un Francais qui arrive a Londres trouve les choses bien changees en Philosophie comme dans tout le reste. Il alaisse le monde plein ; il le trouve vide. A Paris, on voit l’univers compose de tourbillons de matiere subtile ; aLondres, on ne voit rien de cela. [. . . ] A Paris, vous figurez la Terre faite comme un melon, a Londres elle est aplatiedes deux cotes. Voltaire, 1734

● Descartes : Cellules tourbillonaires ≈ engrenages ecrasant les planetes.

● Newton :

Pourquoi la theorie de Newton prevoit-elle un aplatissement aux poles ?1736-1737 : expedition geodesique en Laponie (Maupertuis, Clairaut, Camus, Le Monnier).13 Novembre 1737 : CR de Maupertuis a l’Academie Royale des Sciences. Fin du cartesianisme. . .� Un systeme complet du monde se voit experimentalement refute.

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Newton (1643–1727)

Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (1687)

● Principe d’inertie→ renversement complet vs Aristotelisme.

● Principe fondamental de la dynamique.

● Principe des actions reciproques.

● Loi de la gravitation universelle.

● Definition de l’espace et du temps absolus.

Notion de force a distance discutable (“occulte”).� Hypotheses non fingoNewton laisse de cote la recherche des causes profondes pour avancer.

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Newton, Opticks

Opticks (1704) connu surtout pour :

● Decomposition de la lumiere blanche.

● Theorie corpusculaire de la lumiere.

Exact inverse des Principia : experimental et speculatif.� Formule clairement le projet mecaniste : tout expliquer par des corpuscules s’attirant ou se repoussantvia des forces centrales.

violence de certaines reactions chimiques⇒ acceleration⇒ force.� Force depend du type de corpuscule : prefigure affinite chimique.� Influence considerablement la chimie.Cherche a expliquer la gravitation par densite d’un ether→ cercle vicieux.

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Have not the small Particles of Bodies certain Powers, Virtues, or Forces, by which they act at a distance, not onlyupon the Rays of Light for reflecting, refracting, and inflecting them, but also upon one another for producing a greatPart of the Phænomena of Nature ? For it’s well known, that Bodies act one upon another by the Attractions ofGravity, Magnetism, and Electricity ; and these Instances shew the Tenor and Course of Nature, and make it notimprobable but that there may be more attractive Powers than these. For Nature is very consonant and conformableto herself. How these Attractions may be perform’d, I do not here consider. What I call Attraction may be per form’d byimpulse, or by some other means unknown to me. I use that Word here to signify only in general any Force by whichBodies tend towards one another, whatsoever be the Cause. For we must learn from the Phenomena of Nature whatBodies attract one another, and what are the Laws and Properties of the Attraction, before we enquire the Cause bywhich the Attraction is perform’d. The Attractions of Gravity, Magnetism, and Electricity, reach to very sensibledistances, and so have been observed by vulgar Eyes, and there may be others which reach to so small distances ashitherto escape Observation ; and perhaps electrical Attraction may reach to such small distances, even without beingexcited by Friction. Opticks, Query 31

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In short, as the difference of bodies may depend merely upon that of the arrangement of their common matter; so, theseeds of things, the fire; and other agents, are able toa alter the minute partis of body; and the same agnets, partly byaltering the shape and magnitude of the constituent corpuscles, partly by driving away some of them, and partly by anew manner of connecting them, and others with them, may give the whole portion of matter a new texture of itsminute parts, and thereby make it deserve a new a distinct name. R. Boyle, The sceptical chemyst, 1661

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La naissance de la chimie moderne 24 / 29

Phlogistique et calorique

“Le phlogistique est du feu fixe dans la matiere et qui s’en echappe lors des combustions.” (Stahl, 1703)

Buche→ cendre + phlogistique� Explique combustion, rouille, digestion.Lavoisier (1743-1794)Realise experience dansrecipients fermes.Pese tout y compris air.Montre que combustionnecessite le gaz de Priest-ley.Le nomme oxygene et in-terprete combustion commegain d’oxygene.� Fait l’hypothese que la chaleur est un fluide sans masse : le calorique.

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La chimie eclair ee

Nomenclature chimique ancienne tres folklorique : huile de vitriol, esprit de Venus, poudre d’Algaroth,. . .� aucune indication sur la composition, plusieurs noms pour la meme substance.Et en effet tandis que je croyois ne m’occuper que de Nomenclature, tandis que je n’avois pour objet que deperfectionner le langage de la Chimie, mon ouvrage s’est transforme insensiblement entre mes mains, sans qu’il m’aitete possible de m’en defendre, en un Traite elementaire de Chimie., Lavoisier, 1789

huile de vitriol −→ acide sulphuriqueair factice, air fixe, gaz sylvestre −→ gaz acide carbonique

Sel polychreste de La Rochelle −→ tartite de soude

Reconstruction complete de la chimie sur deux principes :

● Conservation de la masse.

● Definition operatoire (et provisoire) des elements : ne peut etre decompose.

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Table des elements de Lavoisier

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La chimie atomique

Les corps composes sont-ils formes de proportions fixes de leurs constituants ?Observation difficile : melanges, corps partiellement dissous, etc.

Proust (1799) montre l’existence de propor-tions fixes→ s’explique si les corps simples sont faitsd’atomes (Dalton, 1808).

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Bilan

Emerge une vision mecaniste de l’univers.Nouveaux ingredients par rapport a l’atomisme antique :

1. Une physique quantitative qui permet des predictions,

2. La dynamique,

3. La notion de force a distance,

4. L’atome au sens moderne : un par element, pas de forme definie.

Questions qui semblent tranchees : existence vide, espace indep. de matiere.La defaite d’Aristote est complete !Mais :

1. Sceptiques : atomes comme modele simplificateur qui resume la loi des proportions. On n’est pasoblige d’y croire “L’atome doit rester un outil pour representer les phenomenes.” E. Mach, 1909

2. Critiques denoncent la mathematisation de la chimie et de la chimie (Goethe : mvt de la science“romantique”)

3. Mecanisme vs vitalisme. Quid de la vie ? de l’ame, de/des Dieu(x) ? de l’homme et de sa liberte ?

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