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La philosophie des sciences

Thalès de Milet. Doc Corbis.

Abrégé d’histoire des sciences (II)

C’est Thalès, au VIe siècle avant notre ère qui fit de la nature un objet de science. On l’assimile aujourd’hui au premier "physicien" ionien.

S'appuyant sur la philosophie d'Empédocle, Thalès découvrit le monde en temps qu’objet, considérant la terre, l’eau, l’air et le feu comme des choses indépendantes des règles forgées par les hommes. Il retrouva cette relation des choses au monde dans les proportions de la pyramide de Chéops qui conserve, dans sa plus simple expression, une loi transcendantale. 

Thalès imagina que le monde était un disque plat flottant sur l’océan infini. Pour la première fois dans l’histoire des sciences, un homme s’éleva au-desus des mythes et porta sa curiosité au-delà des murs de la cité, cherchant dans le logos de la proportion l’égalité mathématique entre hommes et dieux.

Pythagore (580-497 avant notre ère) découvrit la duplication du carré et fit des mathématiques une science fondamentale, préalable à toute connaissance. La découverte du théorème de Pythagore semble anodine, d’autant que les Egyptiens le connaissaient en partie, en fait dans le seul cas particulier (32 + 42 = 52). Pythagore lui donna une portée générale, mais par dessus tout il mit en évidence une loi qui est indépendante de l’expérience sensible.

Pour la première fois dans l’histoire des sciences, un homme mis en évidence l’archétype du modèle grâce auquel il sera possible de se représenter des entités abstraites et de donner un sens aux représentations numériques. C’est dans ce sens que l’enseignement de Pythagore donna aux nombres le pouvoir de détenir le secret de l’univers. Cette philosophie est aujourd’hui partagée par les plus célèbres Prix Nobel de physique pour citer Einstein, Dirac ou Weinberg qui croyaient sincèrement que les équations connaissaient beaucoup plus de choses que nous sur le monde…

Le théorème de Pythagore

Les éléments d’Euclide, Livre I, Proposition 47 : si a et b désignent les côtés adjacents à l’angle droit d’un triangle rectangle, l’hypoténuse c vaut :

c2 = a2 + b2

Plus généralement, si les côtés a et b font entre eux un angle a

c2 = a2 + b2 - 2ab cos a

Les successeurs de Pythagore considéreront que la terre se déplace sur une orbite circulaire autour d’un foyer central. Un siècle plus tard, Parménide et Zénon rechercheront l’unité de la Nature mais ils seront confrontés aux premiers paradoxes logiques. Le cercle et les approximations coniques susciteront quantité de questions mais ce n’est qu’au XVIe siècle qu’on découvrit tous les événements de rencontre du cône avec un plan étaient réductibles à un cercle par une projection convenable.

Au milieu du Ve siècle avant notre ère, Oenopide et Hippocrate développèrent l’école de Chios qui se spécialisa dans la géométrie et les algorithmes : quadrature du cercle, duplication du cube et premiers éléments. Quelques temps après, Leucippe et Démocrite inventèrent le premier algorithme infinitésimal et développèrent la conception atomiste. Dans le courant du IVe siècle avant notre ère, Platon développa le raisonnement déductif et la représentation mathématique (polyèdres) tandis qu’Aristote insista sur l’introduction et la description qualitative des phénomènes.

Avec Autolycus et Eudème ils rédigèrent les premiers traités d’histoire et encyclopédiques. L’école de Cyzique d’Eudoxe de Cnide (Egypte) s’attaqua à l’arithmétique et aux sections coniques. Finalement, les philosophes combinèrent la philosophie naturelle ionienne et les mathématiques de Pythagore pour produire la synthèse des philosophies de Platon et d’Aristote.

A la fin du IVe siècle avant notre ère, Euclide inventa un algorithme pour calculer le plus grand commun diviseur d’un nombre et écrivit les célèbres Eléments. Il enseigna la prééminence de la ligne définie par une équation, il connaît le cercle et a déjà l’intuition de l’ellipse dans son Traité d’optique. Apollonis (262-180 avant notre ère) définira les propriétés des sections coniques.

Les coniques

Depuis l’Antiquité, l’étude des coniques a suscité l’intérêt de nombreux mathématiciens, en particulier d’Apollonius qui décrivit toutes les propriétés des figures d’intersection d’un cône de révolution avec un plan : cercle, ellipse, parabole et hyperbole.

Ces travaux permettront ultérieurement aux astronomes de définir les mouvements des astres et aux ingénieurs de fabriquer des objets adaptés à tous les usages (barrique, miroir concave, coque, etc).

C’est durant la période Hellénique qui suivit la mort d’Alexandre le Grand que les philosophes, les mathématiciens et les astronomes inventèrent les premières grandes théories : Théophraste (372-287 avant notre ère) inventa la botanique, Aristarque (310-230 avant notre ère) inventa le système héliocentrique, Archimède (287-212 avant notre ère) fonda les principes de la mécanique et de l’hydrostatique, Eratosthène (276-221 avant notre ère) mesura la forme de la Terre, etc.

Mais cette quête de connaissance perdit son impulsion lorsque les romains détruisirent Carthage et Corinthe en 146 avant notre ère. L’empereur Marc Aurèle revitalisera brièvement la science durant le IIe siècle de notre ère, encouragé par les théories astronomiques de Ptolémée, la trigonométrie d’Hipparque, les travaux de médecine de Galen et les pratiques alchimiques.

La symbolique du gnomon

Y a-t-il un meilleur symbole de toute l’Antiquité que le gnomon, ce cadran solaire que les Grecs ont hérité des Babyloniens et qui divise le jour en douze parties ? Michel Serres nous rappelle que les philosophes de l’Antiquité l’utilisaient pour symboliser la connaissance et non pas, comme on l’imagine trop souvent, réellement comme une horloge qui mesure le temps écoulé.

La construction du gnomon met en jeu l’ombre et la lumière, l’aiguille projetant l’ombre du Soleil sur un plan de marbre ou sur le sable. En fonction de la longueur et de la position de l’ombre, les astronomes purent induire mille images poétiques, leur permettant d’interpréter les leçons de Platon sur la Connaissance. Ainsi que Serres le souligne, si le mot « gnomon » signifie distingue, interprète, juge ou discerne, il n’est venu à l’idée de personne de se demander si l’on pouvait porter son œil quelque part dans cet appareil afin d’observer la réalité sous un autre angle.

A gauche le gnomon monumental érigé à Frankfort dans le Kentuky (USA) en mémoire des vétérans du Vietnam. Au centre un gnomon décoratif. A droite le gnomon utilisé sur la Lune par Apollo XVII pour déterminer la position des échantillons. Document Helmr, Gnomon3d et NASA

Cette question était saugrenue à l’époque car les philosophes consacraient leurs réflexions à l’épistémologie et à la métaphysique, savoirs qui plongeaient dans l’utopie de la connaissance ultime des valeurs universelles. Il s’agit en fait d’une question moderne qui ne sera correctement interprétée, en Europe, qu’à partir du XVIe siècle avec la construction des observatoires de Tycho Brahé et un peu plus tard de la lunette de Galilée. Aussi, viser, observer et interpréter les phénomènes au travers d’un instrument ne fera pas partie du cursus académique pendant des siècles. La définition d’observateur n’existait pas. La connaissance du monde passait par le gnomon qui, seul, permettait de construire un modèle géométrique de l’univers ou d’évaluer le diamètre de la Terre.

Cela ne signifie pas pour autant qu’un Salomon ou un Thalès ne mesura pas la hauteur d’un temple ou d’une pyramide au moyen d’un piquet planté dans le sol. Selon Michel Serres, si les historiens relatent ces faits, ce n’est pas tant pour insister sur l’ébauche d’une méthode scientifique mais plutôt pour concevoir la scène du géomètre comme le lieu de réduction du volume au modèle géométrique : "Le stylet du gnomon symbolise une façon de présenter au monde une théorie de la connaissance sans organe de réception et sans autre réalité que les formes idéales et les idées opposées. Faibles clartés au milieu des phénomènes plongés dans l’ombre du stylet, cette connaissance transcendantale a forgé pendant quelques millénaires l’activité mentale des plus grandes civilisations, fonctionnant tant bien que mal dans le cadre d’une langue écrite ou parlée dans laquelle la philosophie dirigeait l’essieu du cadran solaire et l’équerre de la pensée".

le biao ou gnomon chinois. Estampe publiée dans Shujing tushuo et repris dans "Science and Civilisation in China" par Joseph Needham, Editions CUP, 1959.

Le biao ou gnomon chinois.

Perdu dans les effets de la dialectique et de la répétition des prémisses, le gnomon présentait une idée bien stylisée du quotidien. Son artisan devra le façonner pour reconnaître des formes plus fines et explorer les merveilles de l’univers. Bientôt décomposé en compas et règle, le gnomon sera l’élément de la géométrie d’Euclide, le sujet d’une discipline qui allait progressivement transformer l’objet même du savoir.

Durant la période médiévale l’humanité connu au moins 6 groupes culturels en expansion : l’Europe de l’ouest, la Grèce orientale, la Chine, l’Inde occidentale, l’Arabie et la culture Maya.

Alors que la Grèce resta au stade des prémisses et que la culture Maya n’eut aucune influence sur le développement des sciences, les mathématiciens Chinois portèrent leur culture scientifique au paroxysme dans le courant du XIIIe siècle, deux siècles avant la dynastie Ming. C’est à cette époque que les innovations chinoises parvinrent en Europe : papier, encre, poudre à canon, soie, pâtes, etc.

Citons également la contribution Hindoue aux sciences à travers l’écriture des chiffres indo-arabes et leur incorporation dans la trigonométrie. L’enseignement arabe sera également au zénith à cette époque, combinant astucieusement les connaissances des Babyloniens, des Grecs, des Chinois et des Hindous.

Au IXe siècle, Bagdad sera le centre de traduction des travaux scientifiques. La période médiévale ignora longtemps l’enseignement des Grecs et rappelons que c’est de façon indirecte, à travers les manuscrits arabes et leurs traductions que les nouvelles théories parvinrent dans nos premières universités.

Le développement de l’esprit intellectuel démarra pour de bon au XI ou XIIe siècle avec l’ouverture des premières universités européennes[3], à Paris, Oxford et Bologne. La première controverse sur la méthode scientifique surgit au XIIIe siècle. Les soi-disant réalistes épousaient la philosophie platonicienne alors que les nominalistes adoptaient l’approche d’Aristote. Ces discussions permirent le développement de l’optique, de la cinématique et préparèrent la voie aux futurs Kepler et Galilée.

Une influence laïque élargit bientôt les conceptions léguées par le clergé, alors cristallisé dans sa foi religieuse[4]. Les activités commerciales et techniques[5] se développant progressivement à travers toute l’Europe, le XVe siècle vit l’épanouissement des techniques à travers le savoir-faire des ingénieurs et des entrepreneurs et du monde des affaires (banquiers, etc). L’ouverture du clergé à plus de réalisme conduisit l’ensemble du corps professoral à recourir à des notions théoriques moins naturelles, plus abstraites, ayant de plus en plus recourt aux mathématiques. L’Italie se démarqua dans les arts de la peinture et en sciences.

Autoportrait de Léonard de Vinci. Doc Bibl.Royale de Turin.

En 1500, esprit génial, Léonard de Vinci insistait déjà sur l’importance des mathématiques et de l’expérience : "ceux qui s’adonnent à la pratique sans la science sont comme des marins qui s’embarquent sans gouvernail et sans boussole, et qui ne savent jamais où ils vont"[6].

Sans être un scientifique dans le sens où nous l’entendons, Léonard de Vinci avait l’intelligence technique du chercheur soucieux de trouver un sens analytique et quantitatif à ses recherches. Il ressemblait à nos ingénieurs adaptes de la "praxis", un ingénieur artiste qui construit des objets. Ses spéculations étaient déjà analysées en fonction d’un protocole expérimental qui servait à tester la validité de ses hypothèses. Même sans lois, le fait d’avoir définit et mesuré ses énoncés, Léonard de Vinci préfigure le premier "scientifique". Il confirme lui-même cette idée quand il dit vouloir trouver des "règles générales".

L'apport de Léonard de Vinci à la science se traduit par une nécessité de maîtriser la Nature. Aujourd'hui nous dirions qu'il soumit la nature à des lois, une assertion conforme au déterminisme classique. La pensée de ce génie instaura une nouvelle forme de connaissance, mais sa démarche devra être révisée. Il affirme que "toute notre connaissance tire son principe du sentir". Cette remarque est celle d'une interprétation empiriste de la nature, basée sur l'expérience. Alexandre Koyré, historien des sciences de renom et idéaliste nous rappelle que "la bonne physique se fait a priori" mais nous savons que sans l'expérience il n'est pas possible de reconnaître la Vérité, de différencier ce qui est rationnel de ce qui nous échappe. Cette remarque est trop radicale.

L'article d'Einstein sur les fondements de la relativité générale publié en 1915 dans les Annalen der Physik.

Léonard de Vinci n'était pas un cas exceptionnel. D'autres ingénieurs de son temps avaient déjà le souci de rendre leurs activités plus efficaces : ils rationalisaient leurs expériences pour atteindre une meilleure efficacité. Ainsi que l'écrivait Claude Bernard[7] en 1865 : "L'expérimentateur, qui doute toujours et qui ne croit posséder la certitude sur rien, arrive à maîtriser les phénomènes qui l'entourent et à étendre sa puissance sur la nature". Cela sous-entend que "le raisonnement ne devient fécond qu'au moment où l'imagination dépasse les théories qui ont court"[8]

La pensée ainsi raisonnée n'est qu'une suite d'expériences mentales dont nous connaissons déjà les résultats par le savoir ou l'expérience acquise, mais elle est insuffisante. Nous avons remarqué dans les propos tenus par Léonard de Vinci ou à propos de la Relativité, que la pensée n'est pas le vécu. Elle doit s'adjoindre un principe formel pour raisonner sur de simples propositions. Newton eut le mérite d'effectuer ce travail d'abstraction.

Les découvertes scientifiques de Newton et le système philosophique de Descartes offrirent la matière première qui permit la matérialisation de la science au XVIIe siècle. La vie s'expliqua en termes physico-chimiques et la méthode scientifique s'éleva si haut au-dessus des sciences sociales qu'on baptisa cette période le siècle des Lumières. Il culmina à la Révolution Française en 1789. S'en suivi une série de découvertes en chimie (Lavoisier, Dalton, …), en électricité (Faraday, Maxwell, …) et une nouvelle compréhension de la biologie (Darwin, Pasteur, …).

Alors que la biologie acquérait ses lettres de noblesses, la physique fut secouée par une révolution inattendue, conséquence de la découverte de la nature quantique de la matière (Planck, 1905) et de la Relativité (Einstein, 1915). En 1927, Heisenberg formula ses relations d'incertitudes qui devaient transformer le monde microscopique en un vaste champ d'interactions dans lequel les événements individuels ne pouvaient plus être décrits avec une précision conjuguée absolue.

C'est ainsi que nos connaissances scientifiques ont été transmises à travers 5000 ans d'histoire, depuis l'invention de l'écriture. De la Grèce Antique ne survivent que les Eléments d'Euclide. Tous les traités antérieurs ont disparu. Les traités plus récents, comme nous l'avons dit, ont été copiés et traduits, principalement grâce au travail de bénédictin des universités médiévales qui surent préserver ces travaux à l'intention des scientifiques à venir.

Aujourd'hui ces travaux sont communiqués au travers des sociétés scientifiques (académies et universités) et des organismes internationaux qui facilitent l'échange des informations. Parallèlement à ces congrès et autres colloques, un grand nombre de sociétés privées et d'industriels publient les résultats de leurs recherches dans la mesure où elles sont supportées par les pouvoirs publics ou des licences gouvernementales.

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[3] En fait il s’agissait d’une corporation (universitas) qui regroupait les maîtres et les élèves et défendaient leurs intérêts.

[4] Suivant la conception de R.Bacon, nous devons toutefois accorder aux moines Franciscains une ouverture de la pensée à l’étude de la nature.

[5] Les commerçants fréquentèrent les “écoles d’abaques” où l’on mettait l’accent sur les mathématiques.

[6] A.Koyré, “Etudes d’histoire de la pensée scientifique”, Armand Colin, 1961.

[7] C.Bernard, "Introduction à la médecine expérimentale", Gamier-Flammarion.

[8] Définition du Savoir selon le philosophe A.Cuvillier, "Cours de philosophie" (2 vol.), Arman Colin, 1954.


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