Une histoire de la pensée rationnelle - Tome 3, livre ebook

COMMENT s’est développée la pensée rationnelle au cours des siècles ? Il est indéniable que la physique y a fortement contribué.

Cette série de 4 livres propose ainsi une histoire de la découverte des concepts de la physique par ceux qui l’ont construite, et ont, bien souvent, été oubliés. Accessible à tous, ce grand récit est étoffé, dans des encadrés, de démonstrations respectant l’esprit de l’époque mais reformulées, pour le lecteur ayant quelques connaissances scientifiques, en langage mathématique actuel. À l’heure où la science est régulièrement remise en question, il paraît nécessaire de considérer avec clairvoyance le chemin parcouru et d’en tirer des enseignements, afin de se préparer au mieux à affronter les défis majeurs des années à venir.

Ce 3e tome débute avec la condamnation de Galilée en 1633 et la publication du « discours sur deux sciences nouvelles », son œuvre la plus importante. Une nouvelle communauté scientifique voit le jour avec des physiciens cherchant l’explication de la création par des lois mathématiques reliant les causes et les effets. Ainsi naissent la mécanique classique de Newton, l’évaluation de la vitesse de la lumière… et la révolution mathématique de Leibnitz, Bernoulli, Euler puis Lagrange. Le rôle de la religion se limite désormais à professer une morale que les philosophes remodèlent. En 170 ans, les physiciens ont modifié la vision du monde, mais les sciences émergentes comme la chimie, l’électricité restent encore à développer, elles ne seront théorisées qu’au XIXe siècle.

I Fécondation 15

1 Deux sciences nouvelles 19

1.1 La résistance des matériaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

1.1.1 Première journée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

1.1.2 Deuxième journée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

1.2 Le mouvement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

1.2.1 Troisième journée : de la chute des corps . . . . . . . . 28

1.2.2 Quatrième journée : des projectiles . . . . . . . . . . . 39

2 Les disciples 43

2.1 Les compagnons de route . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

2.1.1 Benedetto Castelli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

2.1.2 Gianbatista Baliani . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

2.1.3 Paolo Aproino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

2.1.4 Nardi, Ricci, Reinieri . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

2.1.5 Vincenzo Viviani . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

2.2 Bonaventura Cavalieri . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

2.3 Evangelista Torricelli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

II Gestation 57

3 Les principes et les lois 61

3.1 Marin Mersenne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

3.2 Isaac Beeckman . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

3.3 René Descartes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

3.3.1 L’oeuvre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

3.3.2 Mathématiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

3.3.3 La mécanique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

3.3.4 Optique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

4 L’Academia Parisiensis 87

4.1 Pierre Gassendi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

4.2 Pierre de Fermat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

4.2.1 Fermat face à Descartes . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

4.2.2 Maxima et minima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

4.2.3 La réfraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

4.3 Gilles Personne de Roberval . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

4.3.1 La balance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

4.3.2 Le traité de Méchanique . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

4.3.3 Les indivisibles de Roberval . . . . . . . . . . . . . . . 106

4.4 Blaise Pascal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

4.4.1 La Pascaline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

4.4.2 Statique des fluides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

4.4.3 Géométrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

4.5 La fin de l’Academia Parisiensis . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

5 Les grandes académies nationales 121

5.1 L’Accademia del Cimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

5.2 La Royal Society . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

5.2.1 Les Mathématiciens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

5.2.2 Les acteurs de la fondation . . . . . . . . . . . . . . . . 124

5.3 L’Académie royale des sciences . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

5.3.1 La naissance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

5.3.2 Les acteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

5.3.3 Forces et faiblesses des académies . . . . . . . . . . . . 130

6 Les gaz et le vide 133

6.1 Van Helmont et la chimie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

6.2 Von Guericke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138

6.3 Pecquet, Power, Auzout et les autres . . . . . . . . . . . . . . 151

6.4 Robert Boyle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154

6.5 Mariotte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

7 Huygens et l’Académie Royale 169

7.1 Huygens et les systèmes du monde . . . . . . . . . . . . . . . 171

7.1.1 Le contexte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171

7.1.2 Saturne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173

7.2 La mécanique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

7.2.1 Percussions et forces vives . . . . . . . . . . . . . . . . 175

7.2.2 Le mouvement absolu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182

7.2.3 La force centrifuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184

7.2.4 Les pendules et le moment d’inertie . . . . . . . . . . . 187

7.3 L’horlogerie et la précision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194

7.4 Picard et la géodésie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200

7.5 Cassini, Richer et le système solaire . . . . . . . . . . . . . . . 204

7.6 Rømer et la lumière . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209

7.7 L’optique de Huygens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211

7.7.1 De la dioptrique à la lumière . . . . . . . . . . . . . . . 211

7.7.2 Le principe de Huygens . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212

7.7.3 Le spath d’Islande . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215

III Naissance de la physique classique 217

8 La Royal Society et Newton 221

8.1 La méthode des fluxions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221

8.2 Optique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225

8.2.1 Les instruments optiques . . . . . . . . . . . . . . . . . 225

8.2.2 L’optique physique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232

9 La gravitation 241

9.1 Giovanni Borelli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241

9.2 Robert Hooke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246

9.2.1 Les mécanismes et la loi de Hooke . . . . . . . . . . . . 246

9.2.2 L’astronomie expérimentale . . . . . . . . . . . . . . . 250

9.2.3 Expériences et gravitation . . . . . . . . . . . . . . . . 251

9.3 Isaac Newton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257

9.3.1 De Motu corporum in gyrum . . . . . . . . . . . . . . . 257

9.3.2 Principia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266

9.3.3 Newton : un bilan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281

10 Les Lumières 285

10.1 Le calcul infinitésimal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286

10.1.1 Leibnitz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286

10.1.2 La diffusion de l’analyse . . . . . . . . . . . . . . . . . 289

10.1.3 La polémique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290

10.2 Petit panthéon des Lumières : 1690-1783 . . . . . . . . . . . . 292

10.2.1 Jacques Bernoulli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293

10.2.2 Jean Bernoulli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294

10.2.3 Michel Rolle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294

10.2.4 Autour de Maupertuis . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295

10.2.5 Daniel Bernoulli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301

10.2.6 Émilie du Châtelet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304

10.2.7 Alexis Clairaut et la forme de la terre . . . . . . . . . . 306

10.2.8 L’astronomie des dames . . . . . . . . . . . . . . . . . 313

10.2.9 Jean le Rond d’Alembert . . . . . . . . . . . . . . . . . 314

10.3 La Royal Society et les fidèles newtoniens . . . . . . . . . . . . 320

10.3.1 Brook Taylor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320

10.3.2 Maclaurin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324

10.3.3 Moivre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329

10.3.4 Bradley . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330

10.4 Leonhard Euler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332

10.4.1 L’homme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332

10.4.2 L’oeuvre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334

10.4.3 Mathématiques appliquées . . . . . . . . . . . . . . . . 336

10.4.4 Mécanique des solides rigides . . . . . . . . . . . . . . 341

10.4.5 Résistance des matériaux . . . . . . . . . . . . . . . . . 344

10.4.6 Mécanique des fluides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350

10.4.7 Optique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357

10.4.8 Montée au ciel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371

10.5 Lamarche du temps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375

10.5.1 L’Europe des princes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375

10.5.2 Les avancées technologiques . . . . . . . . . . . . . . . 378

11 Les thèmes émergents 383

11.1 La matière et la chimie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383

11.1.1 La chimie expérimentale . . . . . . . . . . . . . . . . . 383

11.1.2 L’atomisme impuissant . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386

11.1.3 Le phlogistique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387

11.1.4 La chimie pneumatique . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388

11.1.5 Lavoisier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391

11.2 La chaleur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395

11.3 L’observation astronomique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397

11.4 Magnétisme et électricité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403

12 Le triomphe de la mécanique 419

12.1 La fin des Lumières . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419

12.2 Lagrange . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422

12.2.1 Un jeune homme exceptionnel . . . . . . . . . . . . . . 422

12.2.2 Le calcul des variations . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423

12.2.3 La mécanique lagrangienne . . . . . . . . . . . . . . . . 428

12.2.4 Mécanique céleste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434

12.2.5 Écoulements potentiels . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439

12.2.6 Les multiplicateurs de Lagrange . . . . . . . . . . . . . 442

12.2.7 Le reste de l’oeuvre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445

12.3 Laplace et Legendre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445

13 Épilogue sur la fin d’un monde 457

13.1 Les expérimentateurs britanniques . . . . . . . . . . . . . . . . 458

13.2 Révolutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 460

13.2.1 Fin du féodalisme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 460

13.2.2 Dix ans de tumulte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464