Portraits de savants

Philosophe présocratique du VI^e siècle av. J.-C. né à Samos, Pythagore est un personnage dont la vie se mêle à la légende. On rapporte qu’il aurait voyagé pendant trente ans pour acquérir toute la science de son temps, surtout les doctrines ésotériques du culte des dieux, et qu’il aurait été initié par les prêtres égyptiens à leurs mystères. Les écrits connus sous son nom sont sans doute apocryphes. C’est dans les ouvrages d’Aristote que se trouvent des renseignements précis sur sa doctrine. Celle-ci postule que l’essence de toute chose repose sur des rapports numériques : les nombres sont le principe de tout et gouvernent l’univers. Pythagore et ses disciples pensent ainsi que les nombres préexistent à l’univers sensible, et que la cosmologie est fondée sur la mathématique comme la géométrie ou la musique, tissant ainsi des liens entre astronomie, mathématique et musique. Certains auteurs grecs attribuent à Pythagore la sphéricité de la Terre et du cosmos. Ils affirment que Pythagore aurait été le premier à comprendre que l’étoile du matin et l’étoile du soir était la même, c’est-à-dire la planète Vénus. Sa philosophie, appelée « pythagorisme », prône que le but de la vie est de se mettre en harmonie avec le bel ordre de l’univers.

Platon (428-348 av. J.-C.) est avec Aristote le plus illustre philosophe de la Grèce antique. Il fonde à Athènes une école de philosophie où il enseigne aussi les mathématiques et la gymnastique. L’enseignement est prodigué sous forme de discussions et de débats d’idées, ce qui explique la prédilection de Platon pour le dialogue. Il écrit notamment La République, où il met en scène Socrate, son maître et l’un des premiers philosophes connus, face à plusieurs interlocuteurs. Socrate développe ses idées au sujet de la société et traite de l’organisation de la Cité grecque. Il crée ainsi une Cité idéale, sorte d’utopie politique.
Écrit vers 360 av. J.-C., le Timée est un des derniers dialogues de Platon. Portant « sur la nature » comme l’indique le sous-titre antique (mais non authentique) du dialogue, le Timée traite surtout de cosmologie ou si l’on veut de la « création » du monde et de sa configuration expliquée pour l’essentiel par le recours à des figures géométriques. Seul dialogue « physique » de Platon, mais d’interprétation difficile, le Timée a connu un succès important pendant tout le Moyen Âge parce qu’il postulait notamment un dieu créateur « tournant le monde en forme de sphère ».
Le platonisme, même fortement concurrencé par la pensée d’Aristote, constituera un courant fondamental dans la philosophie occidentale.

Philosophe grec majeur né au IV^e siècle avant J.-C., Aristote (384-322 av. J.-C.) construit une somme de connaissances dans toutes les disciplines (biologie, astronomie, physique), basée sur l’observation et l’expérimentation. Ancien élève de Platon, il fonde en 335 av. J.-C. sa propre école pour enseigner sa philosophie (le « péripatétisme », du grec peripatein, se promener) : le Lycée. Dans l’Antiquité grecque tardive, Aristote est tenu pour le maître des études scientifiques et celui de la dialectique et de l’argumentation. Puis c’est par l’intermédiaire des traductions et des commentaires des philosophes arabes comme Avicenne et Averroès que l’œuvre d’Aristote parvient en Occident et nourrit la pensée du Moyen Âge. Considéré comme le père de la logique et de la métaphysique, Aristote sera durant des siècles la référence dans tous les domaines.
Aristote expose ses théories astronomiques dans son Traité du ciel (De Caelo). Il présente le ciel et les éléments qui constituent les corps dans un monde partagé en deux : le monde supralunaire, parfait, et le monde sublunaire, imparfait. Le ciel d’Aristote, centré sur la Terre et formé de couches concentriques, est fini, unique et éternel : « Disons maintenant que non seulement il n’y a qu’un Ciel, mais encore qu’il est impossible qu’il y en ait plusieurs ; et qu’en outre, étant incorruptible et ingénérable, il est éternel » (Traité du ciel, I, 9). Aristote affirme que la Terre est ronde en observant les bateaux disparaître à l’horizon, comme s’ils étaient engloutis par la mer. Ce qu’il confirme en examinant l’ombre circulaire de la Terre sur la Lune pendant une éclipse de Lune.

Astronome, géographe, philosophe et mathématicien grec du III^e siècle av. J.-C., Ératosthène est nommé directeur de la bibliothèque d’Alexandrie vers -245. Bien informé par les récits de voyages qu’il rassemble à la Bibliothèque et par ses relations avec les savants, Ératosthène est un des fondateurs de la géographie. Ératosthène est célèbre pour être le premier à mesurer la circonférence de la Terre. L’expérience qu’il réalisa fut rapportée par un auteur bien plus tardif, Cléomède (environ II^e ou III^e siècle de notre ère) dans son ouvrage De motu circulari corporum caelestium. On savait que dans le Sud de l’Égypte, près de la ville de Syène (aujourd’hui Assouan) se trouvait un puits dans lequel se reflétait l’image du Soleil en été à midi. Autrement dit, le Soleil passait au zénith du puits, Syène se trouvant près du tropique du Cancer. Par contre beaucoup plus au Nord, à Alexandrie, un gnomon (bâton planté droit) projetait sur le sol une ombre avec laquelle on pouvait déterminer la hauteur du Soleil, d’où l’on déduisait la distance angulaire entre les deux villes, soit 7° 10’. Ératosthène connaissait également la distance entre Alexandrie et Syène (environ 800 km) grâce à des arpenteurs du désert (les bématistes), qui comptaient leurs pas en marchant. Il put ainsi calculer la valeur de la circonférence terrestre estimée à 250 000 stades. Cette méthode suppose, comme le rapporte Cléomède, qu’Alexandrie et Syène soient sur le même méridien, ce qui n’est pas le cas, l’écart étant de 19° environ, pour une erreur de calcul estimée à 5%. Mais ce qui importe ici n’est pas la précision de la mesure mais la simplicité de la méthode.

Savant grec ayant vécu à Alexandrie au II^e siècle, Claude Ptolémée (100-168) compose l’Almageste et la Géographie, synthèses magistrales des connaissances gréco-romaines, l’une portant sur la forme de l’univers et les mouvements du ciel, l’autre sur l’œkoumène*, c’est-à-dire sur la partie habitée de la Terre. Dans son traité d’astrologie*, la Tétrabible, il analyse les influences supposées des astres* sur les destinées humaines. Son œuvre marque l’apogée de l’astronomie et de la géographie grecque et contient les bases de tout notre savoir moderne : notion de terre sphérique, nord géographique, équateur et tropiques, construction des méridiens et des parallèles, calcul des coordonnées géographiques, méthodes de projection cartographique, carte du monde connu.
Ptolémée réconcilie le système aristotélicien avec les données astronomiques accumulées depuis cinq siècles. En effet, les principes de centralité et d’immobilité de la Terre et de rotation uniforme des astres autour de celle-ci, hérités de Platon et Aristote, obligent les astronomes antiques à construire des modèles mathématiques comportant un nombre croissant de sphères concentriques pour « sauver les phénomènes », c’est-à-dire expliquer les déplacements apparemment irréguliers des planètes, considérées comme des « astres errants » par opposition aux « étoiles fixes ». L’astronome Eudoxe de Cnide au IV^e siècle avant J.-C. avait, le premier, conçu un modèle à 27 sphères pour traduire la course de l’ensemble des corps célestes. Claude Ptolémée perfectionne le modèle en le portant à 56 sphères.
Transmise successivement aux Byzantins, aux Arabes et à l’Occident latin, l’œuvre de Ptolémée constitue pendant près de 1500 ans la référence principale des savants. Au XII^e siècle, son Almageste est traduite de l’arabe en latin par Gérard de Crémone ; au seuil du XV^e siècle, sa Géographie est traduite du grec en latin. Ces deux traductions latines renouvellent en Occident l’intérêt pour la cosmologie, l’astronomie et la géographie et apportent des fondements théoriques solides aux explorateurs, aux cartographes et aux astronomes lors des grandes explorations européennes des XV^e et XVI^e siècles.

‘Abd al-Rahmân al-Sûfî (903-986) est un astronome persan qui vécut à la cour de l’émir bouyide Adud ad-Daula (936-983) à Ispahan. Il est l’auteur de trois remarquables traités sur l’astrolabe contenant la résolution de nombreux problèmes d’astronomie, mais son ouvrage le plus important est le Livre des étoiles fixes (Kitāb ṣuwar al-kawākib) où il décrit les 48 constellations de l’Almageste de Ptolémée en apportant de nombreuses améliorations au catalogue des étoiles (position, magnitude, couleur)et en conciliant les dénominations et figurations antiques avec les traditions astronomiques arabes autochtones . Pour chaque constellation, il propose, en outre, deux façons de les représenter, telle qu’on la voit dans le ciel et telle qu’on doit la figurer sur un globe céleste, inversée comme dans un miroir. Ce traité d’Al-Sufi exerça une grande influence tant en Orient où il fut copié jusqu’au XVIII^e siècle et fournit des modèles pour représenter les constellations sur les globes qu’ en Europe où il fut traduit en latin au XII^e siècle.

Devenu pape sous le nom de Sylvestre II de 999 à 1003 grâce au soutien de l’empereur Otton III, Gerbert d’Aurillac (938-1003) fut un acteur scientifique et politique majeur du renouveau de l’Occident médiéval autour de l’an mille. D’origine modeste, il fut admis vers l’âge de douze ans au monastère bénédictin d’Aurillac, où il étudia les arts libéraux (trivium et quadrivium). Il poursuivit son instruction dans les abbayes catalanes de Vic et de Ripoll, ouvertes aux influences du califat omeyyade de Cordoue. Remarqué pour sa vivacité intellectuelle et l’étendue de ses connaissances, il est appelé à Rome et devient en 970 précepteur du jeune Otton II. Parmi les diverses postes qu’il occupe en France et en Italie tout au long de sa riche carrière, soulignons celui d’écolâtre du studium de l’archevêché de Reims (972-980) particulièrement fructueux sur le plan scientifique. Gerbert est connu pour avoir contribué à l’introduction en Occident des chiffres indo-arabes, de l’abaque et des tables d’opérations. Dans le domaine de l’astronomie, il réalisa à des fins pédagogiques plusieurs types de sphères célestes, aujourd’hui perdues, décrites par son élève Richer de Saint-Rémy.

Astronome et mathématicien polonais, Nicolas Copernic (1473-1543) est l’inventeur en Occident de la théorie de l’héliocentrisme selon laquelle la Terre tourne autour du Soleil, supposé au centre de l’Univers. L’originalité de son ouvrage De revolutionibus orbium coelestium (Des révolutions des orbes célestes), publié en 1543, s’exprime dans quelques postulats : la Terre n’est pas le centre de l’Univers ; toutes les sphères tournent autour du soleil, centre de l’univers ; le rapport de la distance Terre-soleil à la distance soleil-étoiles est extrêmement petit. Tout mouvement céleste est produit par le mouvement de la Terre et non par celui du firmament. La Terre effectue une rotation complète autour de ses pôles en un jour et une révolution complète autour du soleil dans le plan de l’écliptique en une année.
L’héliocentrisme est vivement critiqué par l’Église car cette théorie s’oppose à la doctrine chrétienne selon laquelle la Terre est le centre de l’univers. Malgré la censure qui les frappe, les découvertes de Copernic provoquent une véritable révolution dans la façon dont l’Occident se représente le monde. Ses travaux ouvrent la voie à ceux de Kepler et Newton.

Gérard Mercator (1512-1594) fut un géographe et un cartographe de génie, peut-être le plus grand de la Renaissance. Mathématicien, cartographe, graveur, fabricant de globes et d’instruments, mais aussi philosophe et théologien à l’université de Louvain, il avait quitté la Flandre pour des raisons religieuses. II s’établit à Duisbourg, en Rhénanie, où on lui offrit une chaire de cosmographie. Les systèmes de projection préoccupaient les hommes de la Renaissance. Mercator, rééditant Ptolémée, imagina plusieurs possibilités, construisant un planisphère empiriquement, par approximations successives. La solution qu’il proposa avec sa célèbre carte du monde de 1569 n’eut pas de succès immédiat, mais elle fut consacrée par la postérité. Encore couramment employée de nos jours, sa méthode de représentation cartographique, appelée « projection de Mercator », permet de créer une carte plane pour représenter la Terre. Cette technique consiste à projeter la surface de la Terre sur un cylindre tangent à l’équateur ; les méridiens sont donc représentés par des droites verticales à égale distance les unes des autres, et les parallèles par des droites horizontales. Mercator réalisa l’une des plus importantes paires de globes du XVI^e siècle, imprimés d’après des plaques de cuivre gravées : un globe terrestre en 1541, portant notamment des lignes de rhumb utiles à la navigation, et un globe céleste en 1551.

En quelques nuits, Galilée (1564-1642), professeur de mathématiques à l’université de Padoue, est propulsé sur le devant de la scène scientifique en bouleversant 2000 ans d’astronomie aristotélicienne. Le 30 novembre 1609, Galilée pointe une lunette, qu’il a conçu quelques mois plus tôt, vers la Lune et découvre ses montagnes et ses cratères ; peu après, il observe 36 nouvelles étoiles dans les Pléiades, puis résout la Voie lactée en milliers d’étoiles. Mais sa découverte la plus importante reste celle qu’il fait en observant Jupiter avec ses quatre lunes en mouvement. Galilée publie toutes ces découvertes dans un ouvrage qui va le rendre célèbre, Le Messager céleste. Il y montre que la Terre n’est pas le centre unique de révolution des astres dans l’univers, pas plus que la Voie lactée est une exhalaison de l’atmosphère ou la Lune est un astre lisse et sans défauts.
À la fin de l’année 1610, Galilée fait une autre découverte majeure avec les phases de Vénus. Leur étude montrait clairement qu’elles étaient incompatibles avec le système géocentrique de Ptolémée, alors admis par la plupart des astronomes. Les phases de Vénus telles que Galilée les avait observées, ne pouvaient s’expliquer qu’en faisant tourner la planète autour du Soleil, argument très en faveur du système héliocentrique de Copernic. Quant aux taches solaires, bien qu’observées par d’autres astronomes avant lui, Galilée prouve en 1613 dans ses Lettres concernant les taches solaires qu’elles appartiennent bien à la surface du Soleil et que celui-ci est en rotation.
La condamnation par le Saint Office de l’héliocentisme et du De revolutionibus de Copernic en 1616 oblige Galilée à une attitude prudente vis à vis du mouvement de la Terre autour du Soleil. Bien qu’il consacre essentiellement ses recherches à la physique, Galilée n’oublie pas l’astronomie à travers les nombreuses polémiques dont il est souvent l’artisan. C’est ainsi qu’à la suite de l’apparition en 1618 de trois comètes, il affirme que ces astres ne sont pas des objets réels mais des phénomènes atmosphériques.
La publication en 1632 du Dialogue sur les deux grands systèmes du monde, où Galilée affirme de façon à peine voilée que la Terre tourne sur elle-même et autour du Soleil, – en prenant notamment le phénomène des marées océaniques pour preuve physique –, aboutira à la condamnation par l’Inquisition du fondateur de la mécanique classique.

René Descartes (1596-1650), outre ses contributions importantes à la philosophie, a obtenu des résultats majeurs en mathématiques (développement de la géométrie analytique), en optique (découverte de la loi du sinus de la réfraction) et en physiologie (découverte de l’action réflexe). Ce fut aussi une figure clé dans le développement de la cosmologie du XVII^e siècle.
Dans son ouvrage inachevé Le Monde ou Traité de la lumière, publié en 1664 quatorze ans après sa mort, Descartes esquisse le noyau de sa pensée cosmologique tourbillonnaire qu’il expose en 1644 dans ses Principes philosophiques. Pour Descartes, il n’existe aucun vide dans l’univers mais trois éléments (feu, air, terre) et trois sortes de corps : ceux qui brillent, ceux qui sont transparents, et ceux qui sont opaques.
Cette théorie sur la genèse du système solaire de Descartes (qu’on appelle cosmogonie) et qui est la première de toutes, pâtit de la faiblesse de la physique puisque conçue avant la connaissance des lois de la gravitation par Newton. Dans ce monde de Descartes où il n’y a pas de vide, les tourbillons dominent et ordonnent le chaos primitif en le transformant en une structure cellulaire de cieux juxtaposés. Comme le Soleil, chaque étoile de l’univers est le centre d’un tourbillon que Descartes appelle un « ciel ». Il peut arriver qu’un tourbillon entier soit détruit par ceux qui l’entourent et que l’étoile qui était en son centre passe dans un autre tourbillon et se transforme en comète.
On comprend aisément que Newton ait sévèrement critiqué par la suite la cosmologie de Descartes, en se livrant à une analyse mathématique des conditions dynamiques des mouvements tourbillonnaires : elles ne pouvaient pas rendre compte par exemple des lois de Kepler. Qui plus est, alors que Descartes avait été le premier a énoncer clairement le principe d’inertie, cette loi ne pouvait pas d’exercer dans son univers de tourbillons !

Mathématicien, physicien, astronome, philosophe et théologien anglais, Isaac Newton (1643-1727) est la grande figure qui domine les sciences au XVIII^e siècle. Promoteur de la physique expérimentale, il découvre la loi d’attraction universelle. À rebours de la réception qu’il connaît en Hollande, il heurte en France les convictions des tenants de la physique de Descartes, qui ne considèrent dans les objets que les seules propriétés, « claires et distinctes », de la substance et de l’étendue.
Maupertuis, le premier, propose à l’Académie des sciences, à Paris, un mémoire sur Newton. Puis c’est au tour de Voltaire, en 1738, de prendre une part active à la diffusion des idées de Newton en publiant Les Éléments de la philosophie de Newton. Les controverses sur cette force étrange qui fait s’attirer les corps entre eux – et que démontrait Newton sans se l’expliquer – captivent. L’engouement conduit de nombreux amateurs à se doter d’un cabinet de physique propre à mener des expériences, à faire des observations, à recueillir des données. Cette passion pour cette physique expérimentale, distincte des sciences de la nature auxquelles elle avait été jusque-là identifiée, contribue à développer la fabrication et à améliorer les capacités des instruments scientifiques.

L’astronome britannique d’origine allemande William Herschel (1738-1822) est célèbre pour avoir découvert la planète Uranus en 1781. Herschel était à l’origine un organiste. Passionné d’astronomie, il devint rapidement, aidé de sa sœur Caroline, un très grand observateur, puisqu’il a catalogué près de 2500 nébuleuses avec des télescopes de grand diamètre qu’il construisait lui-même, comme le monstre qu’il réalise en 1789 avec un miroir de 1,20 mètre de diamètre et une focale de 12 mètres. Grâce à des instruments, Herschel en arrive à distinguer les nuages d’étoiles et les nébuleuses qu’il classe en différentes formes, qualifiant certains de « laboratoires de l’Univers », un peu à la façon des naturalistes, mais il se rend compte que tous les objets flous ne sont pas obligatoirement des rassemblements d’étoiles. Herschel met au point une méthode statistique d’observation des étoiles par leur éclat dont il conclut que la Voie lactée a la forme d’un ovale aplati aux bords irréguliers. Ses hypothèses sont hélas incorrectes car il n’y a pas de lien véritable entre la distance et l’éclat d’une étoile. Il postule également que le Soleil se déplace vers un apex situé dans la constellation d’Hercule, translatant avec lui la Terre et ses autres planètes. L’objectif d’Herschel était réellement de trouver la structure de l’Univers à partir d’observations. Il publia quatre mémoires consacrés à la cosmologie dont le titre du premier en 1811 est explicite : Observations astronomiques relatives à la construction des cieux. Herschel tenta par la suite de découvrir la structure des cieux en sondant les distances des objets ; mais dans son dernier mémoire qu’il publie à l’âge de 80 ans, la confiance de l’astronome dans la puissance de ses télescopes qui devait le mener au bout de l’Univers, est ébranlée. Il finit par conclure que la nature des cieux est insondable.
Il n’en reste pas moins qu’Herschel est le premier à proposer des considérations propres à fonder la cosmologie, non par le recours à la spéculation comme Kant, mais en s’appuyant sur l’observation.