P re et ls au P le ou Mais que fait donc la Terre? Un sketch sur le pendule de Foucault et son interpretation Pierre Lauginie R sum Les ambigu t s de l'interpr tation usuelle du pendule de Foucault et la mani re de donner raison aujourd'hui Galil e sont mises en vidence au cours d'un sketch mettant en sc ne deux visiteurs du Mus e. Introduction Le pendule de Foucault a t imm diatement interpr t en 1851, et souvent aussi dans les d monstrations publiques d'aujourd'hui comme la preuve interne d'une rotation diurne absolue de la Terre. Cependant, depuis l'abandon de l'espace absolu de Newton, le mouvement ne peut qu' tre relatif. Ainsi, les points de vues de Ptol m e et de Copernic pourraient appara tre comme sym triques dans une description purement cin matique. Seule une interpr tation dynamique, conduisant la mise en vidence du caract re nongalil en du syst me de r f rence terrestre, peut en nal donner r trospectivement raison Galil e contre ses juges. Ceci est cependant plus subtil et plus dicile expliquer des visiteurs que de dire simplement: cela prouve que la Terre tourne. Le sketch qui suit, mettant en sc ne le d bat bi-mill naire sous-jacent entre g ocentrisme, h liocentrisme et nalement a-centrisme, est une tentative vers une telle d monstration publique. Le sketch a t jou pour la premi re fois, en version anglaise, la conf rence From the itinerant lecturers of the xviii th century to popularising physics for the xxi th century exploring the relationship between learning and entertainment, June 1-6, 2003, Pognana Lario, Lake Como, Italy. Personae dramatis: Le p re, r f r comme P re Le ls, r f r comme Fils Le d monstrateur du Mus e, r f r comme Mus e Le cardinal Robert Bellarmin (en voix o ), r f r comme Bellarmin Un pendule de Foucault, r f r comme Le Pendule P re et Fils sont en train de regarder le pendule de Foucault Le Pendule au Mus e. P re est dans la cinquantaine et d j grisonnant, Fils para t tr s jeune, il est plus grand et plus mince que son p re. Ils se tiennent par la main. Groupe d'histoire et de Diusion des Sciences d'orsay (ghdso). Universit Paris-Sud, centre d'orsay. F-91405 Orsay cedex. France. E-mail: pierre.lauginie@ghdso.u-psud.fr 1

Papa, qu'est-ce que c'est? P re: C'est un pendule de Foucault, a prouve que la Terre tourne. Mais cela, je le sais d nitivement, je n'ai que faire de la d monstration! Pourtant, cela a t une fameuse id e! Le d monstrateur du Mus e entre dans la salle. Je suis le d monstrateur. (l'air important et pointant son index vers le ls) Oh, Fils, comme tu as raison, tu n'imagines pas combien tu as raison! mais coute-moi maintenant. Comme te l'as dit ton p re, comme te l'as dit ton ma tre, et aussi ta m re les trois Preuves! le Pendule est cens prouver la rotation de la Terre autour de son axe. Cependant, les choses sont un peu d licates expliquer ici Paris parce que nous ne sommes pas sur l'axe de la Terre. Mais elles deviendront plus videntes si nous allons au P le. Alors, papa et ston, partons pour le P le nord! Oh, est-ce vraiment n cessaire? Oui! OK! a me pla t. Alors, d collons pour le P le! P re et ls quittent la salle en ondulant leurs bras et reviennent par une autre porte. (un bonnet rouge sur la t te) Brrr! (Le p re et le ls v tus d'habits chauds regardent maintenant le pendule se balancer juste au p le) Nous y voici! Fiston, regarde cette toile juste au-dessus de l'horizon, c'est Ald baran, toile parmi les toiles! La vois-tu? Le Pendule oscille exactement vers cette toile. Bien, maintenant attendons une heure, deux heures, un jour, trois jours... P re et Brrr! Fiston, s'il te pla t, regarde seulement le ciel, oublie la Terre. Vois-tu? Durant son oscillation, le Pendule pointe toujours vers la m me toile! OK! Je vois, mais ne vous inqui tez pas, j'ai assez d'une heure pour me rendre compte de cela! Maintenant, comprends-tu? Sa direction d'oscillation, la direction dans laquelle il se balance, est rigidement li e au ciel. Le Pendule suit le ciel, il est le ciel! Est-ce clair? Oui, tout fait clair. 2

Hum, hum..., mais quoi encore? Maintenant, ston, regarde seulement par terre, oublie le ciel. Que vois-tu? Attendons encore une heure. Oh! la direction d'oscillation pivote dans le sens des aiguilles d'une montre! Oui, dans le sens horlogique. Exactement 15 o par heure, tout juste un tour par jour! (tenant un grand h misph re en carton bleu perc de multiples petits trous et regardant travers devant la fen tre) Maintenant, regarde travers cela. Qu'est-ce que c'est? Oh! il y a plein de trous, c'est la vo te c leste! Que c'est beau, il y a toutes les toiles! Oh, je n'avais jamais vu un tel plan tarium! Cela me rappelle Baudelaire : Le po me Le Couvercle de Charles Beaudelaire [1] appara t sur l' cran, une strophe est en surbrillance. Le Ciel! Couvercle noir de la grande marmite O bout l'imperceptible et vaste Humanit. (Il place le couvercle successivement sur la t te du p re et du ls.) Notre ciel en carton est le couvercle, vous tes l'imperceptible et vaste Humanit! (Il xe une che le long d'un diam tre du ciel ) Maintenant, regardez cette che : elle symbolise la direction de l' toile Ald baran, celle vers laquelle le pendule oscille (Il pointe du doigt simultan ment Ald baran sur le carton.) Rappelez-vous, vous avez compris que la direction de balancement est li e au ciel. (Il fait tourner le ciel au-dessus du sol.) Et vous avez vu que cette direction pivote dans le sens horlogique au-dessus du sol, n'est-ce pas? Alors, quelle conclusion? Quelle conclusion? Hum... il n'y en a qu'une : le Ciel est en train de tourner autour de la Terre en un jour! (avec emphase) Vous n' chappez pas cette conclusion. (obstin et tapant sur la balustrade) Mais je sais bien que c'est la Terre qui tourne, pas le ciel! Tout le monde le sait! C'est une illusion! Exact! Tout juste comme sur le man ge. Est-ce le man ge qui tourne ou bien le monde autour de lui? Mais nalement, le Pendule n'a encore rien d montr. Le cardinal Robert Bellarmin appara t sur l' cran et sur un poster. Vous vous trouvez tout juste dans la situation du cardinal Bellarmin, crivant implicitement Galil e par l'interm diaire du p re Foscarini en 1615 [2], Robert Bellarmin, celui de la soidisant injonction Galil e cette m me ann e, le m me qui avait particip la condamnation de Giordano Bruno au b cher en 1600. 3

Bellarmin : (voix o tombant du ciel) Il me semble que Votre R v rence et Monsieur Galil e agissez sagement en vous contentant de parler hypoth tiquement, et non armativement... Lorsque Virgile dit : Le rivage s' loigne maintenant de nous, je r ponds que, m me s'il peut sembler un voyageur que le rivage s' loigne du bateau sur lequel il se tient, cependant il sait bien que cela n'est qu'une illusion et il est capable de la rectier, car il comprend clairement que c'est le bateau qui se meut. Mais n'est-ce pas le Ciel qui est notre paysage et la Terre notre bateau dans lequel nous tous, comme vous disiez, sommes en train de bouillir? Un nouveau Bellarmin appara t sur l' cran, avec une aur ole au-dessus de la t te. Bellarmin : (voix o ) Je suis Bellarmin... suppos au Paradis, puiqu'ils m'ont canonis! Oh, Bambino, s'il te pla t, r p te ce que tu viens de dire. N'est-ce pas le Ciel qui est notre paysage et la Terre notre bateau? Bellarmin : (voix o ) Oh! Voil qu'il me met en pleine confusion. Oh! aurais-je inconsciemment crit le contraire de ce que je voulais dire? Oh! terriante situation pour un saint! Pr s de quatre si cles de confusion! Quatre si cles! Oh! que n'ai-je suivi Saint-Augustin, crivant,ilyavait d j un mill naire, en sa grande sagesse : Nous ne devrions jamais soutenir inconsid r ment une opinion sur un sujet obscur, de mani re n'avoir pas d tester plus tard pour l'amour de nos propres erreurs la v rit qui nous sera r v l e. Maintenant, P re et Fils, quelle conclusion? Le Ciel tourne? La Terre tourne? Papa, ce type nous m ne litt ralement en bateau! (Des citations de Newton et de Plutarque apparaissent l' cran.) Les deux sont vrais! Depuis que nous avons abandonn l'espace absolu de Newton, l'espace absolu qui, ind pendant des choses ext rieures, demeure toujours identique et immobile l'espace absolu est devenu obsol te, plus aucune grille de r f rence pour nous rep rer, il n'y a pas de lieu! Tout bouge, le changement est la r gle! Et ceci est une tr s vieille id e, voyez Plutarque : NilaTerre ni la Mer n'ont eunicentreniombilic s'il y en a eu un, ce sont les dieux et non les hommes qui savent o il est... (Des portraits de Poincar et Einstein apparaissent sur l' cran et sur des posters.) Poincar aussi a fortement insist sur ce point il y a un si cle, et ensuite Einstein sur le chemin de l' quivalence g n rale de tous les syst mes de r f rence. 4

Mais alors, que devient le proc s de Galil e? Galil e avait-il raison, et avec lui tous les coperniciens? Ou leurs adversaires? N' tes-vous pas en train de les renvoyer dos dos? Le Pendule prouve-t-il autre chose qu'un mouvement relatif? Car alors, nul besoin d'un pendule aussi sophistiqu, il sut de regarder en l'air, le Soleil le jour, les toiles la nuit! Oui, absolument, il prouve davantage. (Sur l' cran une gure appara t, illustrant la forme de la trace du pendule sur le sol. Noter qu'une telle courbe correspond aux conditions initiales suivantes : une impulsion br ve est appliqu e au pendule initialement au repos des conditions initiales di rentes conduisent d'autres courbes, aussi belles, mais di rentes. La vitesse angulaire de la Terre a t consid rablement augment e pour visualiser la forme des trajectoires : un tour complet pour 10 oscillations du pendule.) Oui, davantage. Regardez donc ces trajectoires, traces de la pointe du pendule sur le sol. Pas rectilignes, belles comme des p tales de marguerite, belles mais compliqu es, n'est-ce pas? P re et S r qu'elles sont belles, et compliqu es! Maintenant, p re et ls, imaginez que vous tes des Inuits tr s intelligents et munis d'instruments de pr cision illimit e. Analysant la forme de ces courbes, vous pouvez d duire quelles forces animent le pendule, vous en trouvez trois : la pesanteur, la force centrifuge et la troisi me? (s'adressant l'auditoire) La troisi me? C'est la force dite de Coriolis c'est elle qui vous oblige vous pencher sur le c t lorsque vous essayez de marcher vers le centre d'un man ge et qui justement est responsable de la d viation du pendule. Et vous tes tr s intelligents, vous comprenez soudain que tout devient simple, merveilleusement simple dans un syst me de r f rence rigidement li aux toiles on dit aujourd'hui un r f rentiel 5

le syst me de Copernic : alors, plus qu'une seule force la pesanteur et une trajectoire rectiligne qui reste xe. Vous voulez y aller? Regardez donc en l'air, seulement en l'air, vous y tes! P re et Ooui..., ah oui! Fiston, viens donc vers moi. Ainsi, relativement ce syst me, si ni moi, ni rien ni personne d'autre, ne te tire ou te pousse d'un c t ou de l'autre, (le ls marche raide droit devant lui) tu continueras tout droit en conservant ta vitesse mais pas relativement la Terre, c'est faux relativement la Terre! Et c'est relativement ce syst me tr s particulier privil gi, ou galil en comme on dit que notre Terre tourne. Voil ce qu'a prouv le Pendule : le ciel est galil en, pas la Terre! Et voil qui donne d nitivement raison Galil e! Galil e, et Copernic, et K pler, et Aristarque de Samos, ce dernier plus de deux si cles avant notre re! Mus e: Oui, voil qui leur donne raison, mais d'une mani re plus subtile qu'ils ne l'avaient probablement imagin. Galil e pouvait-il arriver une conclusion aussi labor e? Trop t t, en 1615, et encore en 1633, l'ann e du proc s, les concepts ne sont pas pr ts Newton viendra au monde seulement dans dix ans. Il faudra encore du temps! Mais les coperniciens ont eu la juste intuition et adopt le point de vue qui ouvrira la voie la d couverte de la loi de la gravitation universelle et une compr hension compl te du syst me solaire. P re et Ah, merci inniment! Maintenant, p re et ls, je vous emm ne l' quateur vous montrer que la direction d'oscillation du Pendule reste xe l -bas par rapport nous qui sommes sur Terre et pourquoi et aussi ce qui arrive dans l'h misph re sud. Mais, attendez, arr tons-nous en route en un lieu magique mi-chemin du P le et de l' quateur, allons voir comment se comporte notre Pendule dans la chapelle Saint-Martin des Champs du Mus e des Arts et M tiers Paris! Allons, Aristarque, Copernic, K pler, Bellarmin oh, Bellarmin? hum, pas toi Saint- Robert, reste o tu es, nel Paradisio o nel Inferno, allons, andiamo! Aristarque, Plutarque, Copernic, Galil e, K pler, Newton, Poincar, Einstein, altogether, alle zusammen, tous en c ur Saint-Martin des Champs! P re et (levant les bras en l'air) Nous y sommes! fin Les acteurs s'inclinent devant le public. 6

Remerciements Dr. J rgen Teichmann, du Deutsches Museum de Munich, est remerci pour avoir sugg r l'id e de d part du p re et du ls devant le pendule : Mais cela, je le sais d nitivement, je n'ai pas besoin de la d monstration!. Les tudiants du deug d'orsay : Caroline Roby, Samy Jendoubi et No mie Globus ont r alis une premi re adaptation fran aise du texte en d cembre 2003 dans le cadre de l'enseignement d'histoire des Sciences. R f rences [1] Baudelaire, C.: 1919, The Poems and Prose Poems of Charles Baudelaire, Ed. James Huneker, Brentano's, New-York 1862, Les Fleurs du Mal, Paris. [2] de Santillana, G.: 1955, The crime of Galileo, New-York 1955, Le Proc s de Galil e, Paris 1960, Processo a Galileo, Mondadori. 7