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Archéoastronomie De la causalité à l'indéterminisme (V) Du temps de l'Inquisition les quelques hommes de sciences, mathématiciens, physiciens, médecins et autres astrologues catholiques qui s'intéressaient aux phénomènes célestes devaient bien veiller à respecter les préceptes de Rome au risque de subir la Question s'ils essayaient de revendiquer un système du monde différent de celui enseigné par Aristote.
Un pas décisif fut franchi par Johannus Kepler en Allemagne, un mathématicien de renom, le père fondateur de l'astronomie moderne. Par l'étude systématique de la planète Mars au début du XVIIeme siècle Kepler donna empiriquement les lois qui portent son nom et qui nous permettent au XXIeme siècle d'explorer le système solaire ou d'atteindre la Lune. Protestant de confession et donc peu concerné
par les recommandations de Rome qui se fourvoyait dans une impasse, Kepler
ne chercha pas à "sauver les phénomènes" en maintenant coûte
que coûte le cercle et la théorie géocentrique pour assurer l'harmonie
du monde. Ses lois décrivaient le mouvement des planètes autour du
Soleil, en précisant notamment que les orbites planétaires étaient des
ellipses[8] Après avoir longuement accepté la pensée aristotélicienne, les premiers expérimentateurs du XVIeme et XVIIeme siècle ont fini par tourner en ridicule les prémisses et les tautologies des disciples d'Aristote. A la même époque, Galilée tourna son "tube optique" vers le ciel et inventa la lunette astronomique. Elle grossissait 30 fois. Il améliora la définition du mouvement des corps dans l'espace, développant le concept d'inertie. Cette notion lui permit d'expliquer le mouvement d'une masse dans le champ de pesanteur. Bien qu'adepte de la philosophie naturelle d'Aristote, il considéra que les corps n'étaient pas à l'état de repos naturellement.
Dans son Paradis perdu, John Milton[10] qui vécu à l'époque de Galilée, traduisit l'impression que tout observateur ressent lorsqu'il observe le ciel pour la première fois à travers un télescope : "Devant leurs yeux apparaissent soudain les secrets du vieil Abîme; un océan sombre, sans bornes, sans dimensions, où la longueur, la largeur et la profondeur, le temps et l'espace, sont perdus". L'effet que la lunette de Galilée fit sur ses contemporains traduit merveilleusement les sensations que nous éprouvons à notre tour, alors que cette réalité est séparée de son sujet par un gouffre temporel de plus de 3 siècles... A lire : En hommage à Galilée Grâce aux travaux de Edmund Halley, le concept des sphères en révolution s'écroula définitivement. La nova étudiée par Tycho Brahé en 1572 puis celle de Kepler apparue en 1604 mettaient la "sphère des fixes" à l'épreuve de l'observation. Les comètes n'obéissaient pas à la théorie des épicycles et certaines étoiles se déplaçant par rapport aux autres, elles ne pouvaient plus être fixées sur la même sphère, mais plutôt réparties dans un espace à trois dimensions. Cette découverte entraîna les penseurs du XVIIIeme siècle, tels Thomas Wright et Emmanuel Kant à spéculer sur la nature de la Voie Lactée, en posant le concept des "univers-îles". Tous les concepts étaient empiriques, fruits de la réflexion, sans le soucis de trouver un support expérimental. Il fallut attendre l'éveil d'une nouvelle génération de savants, nourrit aux nouvelles théories et aux critiques des grands penseurs pour que s'épanouisse la relation causale. Jusqu'à Newton, on ignorait la causalité. Elle était remplacée par une philosophie qui remontait à Aristote et qui considérait tous les phénomènes comme des particularités du mouvement de la matière. Les lois étaient immuables, inscrites dans le mouvement des atomes. C'est Newton, physicien et mathématicien anglais né en 1642 qui imposa l'expression "lien de cause à effet", la causalité physique telle que nous l'entendons. Cette découverte marqua une étape cruciale dans le développement des sciences. La réputation de Newton vient du fait qu'il expliqua ces lois empiriques. Il trouva une règle simple pour expliquer la relation entre la mécanique de Galilée et la chute des corps. Pour expliquer les "causes formelles" aristotéliciennes, la "nature des choses", Newton eut recours aux équations mathématiques et trouva finalement une explication par les seules causes physiques. Tout aussi ingénieux que Léonard de Vinci, mais véritable théoricien, Newton imagina le calcul différentiel, méthode mathématique qui permet de mesurer des variables pendant un temps infiniment petit. Il essayait de résoudre une question en recherchant une réponse causale: Qu'est-ce qui empêche la Lune de tomber sur la Terre ? Sa méthode était simple : expérimenter, observer et consigner ses résultats, ce que nous appelons aujourd'hui la "méthode scientifique". A lire : En hommage à Newton
C'est ainsi qu'il découvrit en 1687 la force d'attraction universelle, la loi de la gravitation qui gouverne tout l'univers. Mais la loi du mouvement de Newton se heurte à une influence instantanée à distance de la matière, action “occulte” qu’il refuse. Newton reste empreint de mysticisme et considère que cette action instantanée ne peut être l’oeuvre que d’un “esprit universel”; c’est une preuve de l'omniprésence divine. N'oublions pas non plus qu'il n'hésita pas à étudier l'alchimie et les phénomènes paranormaux[11]. Sa théorie échoua car son époque n'était pas préparée à ses conceptions révolutionnaires. Ces concepts seront améliorés ne fut-ce que pour satisfaire la curiosité intellectuelle, en particulier pour résoudre certains paradoxes relatifs à la lumière. La première pierre à cet édifice est la théorie de l'électricité de Maxwell au XIXeme siècle qui imposa une vitesse finie à la lumière et le concept de champ. Il découvrit également la cinétique des gaz. Au tournant du XXeme siècle, Lorentz comprend l'inutilité du support mécanique pour expliquer la propagation du champ électromagnétique. Il découvre également la théorie des électrons. Entre-temps, les mathématiciens Gauss, Lobatchevski, Bolyai et Riemann créent le concept d'espace courbe et s'attachent à définir les particularités des systèmes de coordonnées relatifs les uns par rapport aux autres, notions qui seront reprises par Poincaré et Einstein.
Pour expliquer certains états étranges de la matière, tels la chaleur spécifique et l’effet photoélectrique, Planck, Bohr et Dirac imposent la physique quantique comme le nouveau passage obligé des physiciens. Ils démontrent le fait que les électrons ne peuvent être localisés avec précision dans l'espace et le temps. Born, de Broglie, Heisenberg et Schrödinger insistent sur le fait que les particules doivent être représentées par des fonctions d'ondes et ne peuvent être déterminées que par calcul statistique. En parallèle, la découverte progressive de tout un univers de particules élémentaires permettra aux physiciens d'ébaucher les premières théories de la genèse de l'univers[12]. Toutes ces conceptions, si géniales qu'elles aient été furent dépassées par un monument de la physique. Fasciné mais souvent critique vis-à-vis des idées de ses aïeux, Einstein développe au début du XXeme siècle la théorie de la Relativité restreinte aux mouvements uniformes, qu'il résume comme suit : "La masse n'est plus une grandeur immuable, mais varie selon son contenu d'énergie, et même lui est équivalent [...], tandis que la loi de Newton ne peut être envisagée que pour de petites vitesses. La vitesse de la lumière dans le vide est une vitesse limite"[13]. Il lie également l'espace au temps dans un continuum à quatre dimensions qui varie en fonction de la vitesse de l'observateur (son référentiel) : "L'espace et le temps perdent leur caractère absolu causal, il est influençant mais n'est pas influencé", ce que Newton n'avait pas établi.
En 1915, il généralise sa théorie à tous les mouvements, en démontrant que la gravitation est une inertie qui courbe l'espace-temps et le déforme. En 1921, Einstein reçut le prix Nobel pour ses recherches en physique. L'astronomie contemporaine confirme l'exactitude des prédictions d'Einstein, mais doit s'allier la physique quantique dès qu'on travaille à des densités extrêmement élevées ou dans des espaces plus petits que le rayon d'un proton. A ces échelles extrêmes, Einstein conclut que "les lois différentielles mais aussi les lois de la causalité ont fait la preuve de leur échec [...]. Les formules quantiques de Broglie et de Schrödinger concordent d'une façon stupéfiante avec les résultats de l'expérience". Et de se demander "si la loi causale et la loi différentielle, ces dernières prémisses de la conception newtonienne de la nature doivent-elles être rejetées à tout jamais ? ". Einstein mourut avant de parachever son oeuvre magistrale à laquelle il travailla durant toute sa vie. Aujourd'hui, des générations de physiciens et d'astrophysiciens relativistes ont repris le flambeau et formulent leurs énoncés en termes quantiques, tels Stephen Hawking, Andrei Linde ou Steven Weinberg. Tous cherchent à unifier toutes les lois de la physique en une théorie quantique de la gravitation, énoncé qui rencontre d'énorme difficultés de formulations depuis plus d'un demi-siècle. Aujourd'hui les théories de "supercordes" et membranaires semblent réussir là où toutes les précédentes ont échoué.[14] Si vous me suivez toujours, nous prendrons le temps d’analyser ces concepts dans d’autres dossiers tout aussi passionnants. Pour
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