HISTOIRE DES SCIENCES HISTOIRE DES SCIENCES: FONDEMENTS DU SAVOIR, INSTITUTIONNALISATION DES SCIENCES & ENJEUX CONTEMPORAINS COURS CELSA PAR DAVID AUBIN 1 L enseignant: David AUBIN, professeur d histoire des sciences à l UPMC Domaines de recherche: histoire des sciences mathématiques, 19 e -20 e siècle, sciences de l observatoire, sciences et guerre david.aubin@upmc.fr Le domaine d études: Discipline universitaire à part entière épistémologie, philosophie des sciences ou sociologie des sciences Objectifs: comprendre les mécanismes sousjacents à l évolution du savoir scientifique appréhender la place des sciences dans la société à diverses époques donner des clés pour mieux cerner certains enjeux contemporains liés au domaine scientifique. Automne 2012 david.aubin@umpc.fr Automne 2012 david.aubin@umpc.fr 2 PROGRAMME UNE PAGE WEB HTTP://PEOPLE.MATH.JUSSIEU.FR/~DAUBIN/COURS/CELSA.HTML 1. Les fondements du savoir scientifique: l exemple de la révolution astronomique 2. Naissance des sciences empiriques: observer, expérimenter, mesurer, collecter, classer 3. Les sciences pour le peuple, les sciences pour l Etat, entre Lumières et Révolutions 4. La société du risque: quelles sciences pour l industrie? 5. Crises de confiance: les sciences pour l empire, les sciences pour la guerre 6. Enjeux actuels: science, sexe et genre 7. Enjeux actuels: le numérique, la modélisation, le climat Automne 2012 david.aubin@umpc.fr 3 Automne 2012 david.aubin@umpc.fr 4 SOMMAIRE LES FONDEMENTS DU SAVOIR SCIENTIFIQUE: L EXEMPLE DE LA RÉVOLUTION ASTRONOMIQUE 5 Introduction: la révolution astronomique comme modèle du changement en sciences Systèmes du monde dans l Antiquité: Platon et Ptolémée. Les étapes de la Révolution astronomique La réforme du calendrier grégorien Copernic: un nouveau Ptolémée Tycho Brahe et Kepler: observation et calcul Galilée: nouvel instrument, nouveaux mondes Newton: nouvelle synthèse. Automne 2012 david.aubin@umpc.fr Automne 2012 david.aubin@umpc.fr 6 Cours CELSA 1
LA RÉVOLUTION ASTRONOMIQUE Quoi? Passage d une conception géocentrique de l univers (la Terre au centre du monde) à une conception héliocentrique (le Soleil au centre). Quand? 1543: Des Révolutions des orbes célestes (Copernic). 1687: Principes mathématiques de la philosophie naturelle (Newton). Comment? Des discussions soutenues entre lettrés; relation dialectique entre mathématiques et observations Pourquoi? SYSTÈMES DU MONDE DE L ANTIQUITÉ PLATON, PTOLÉMÉE Automne 2012 david.aubin@umpc.fr 7 Automne 2012 david.aubin@umpc.fr 8 LES RÉGULARITÉS DU CIEL Un cycle de 24 heures. Un cycle de 365 ¼ jours. PLATON (428 348 AV. J.-C.) «Platon pose alors ce problème aux mathématiciens: Quels sont les mouvement circulaires uniformes et parfaitement réguliers qu il convient de prendre pour hypothèses, afin de sauver les apparences que les astres errants présentent?» Simplicius, Commentaire à la Physique d Aristote. Le Timée: Origine de l univers, de l homme et de la société. Explication scientifique: la notion de «paradigme.» logique, mathématiques, observations. 13/09/2012 Math + Observation en Astro 9 13/09/2012 Math + Observation en Astro 10 L UNIVERS DE PLATON Deux principes: Le cercle Les mouvements réguliers. Des explications: Longueur du jour Hauteur du Soleil Mouvement des planètes. Pourquoi le Cercle? LE TIMÉE DE PLATON «Quant à sa figure [du Monde], [le Dieu] lui a donné celle qui lui convient le mieux et qui a l affinité avec lui. Or, au Vivant qui doit envelopper en lui-même tous les vivants, la figure qui convient est celle qui comprend en elle-même toutes les figures possibles. C est pourquoi le Dieu a tourné le Monde en forme sphérique et circulaire, les distances étant partout égales, depuis le centre jusqu aux extrémités. C est là de toutes les figures la plus parfaite et la plus complètement semblable à ellemême. En effet, me Dieu pensait que le semblable est mille fois plus beau que le dissemblable ( ).» 13/09/2012 Math + Observation en Astro 11 13/09/2012 Math + Observation en Astro 12 Cours CELSA 2
LE «MIRACLE.» Le modèle peut fournir une explication à faits qui n ont pas servi à sa formulation. «La déraisonnable efficacité des mathématiques» (Wigner 1950). LE MOUVEMENT RÉTROGRADE Les planètes. Le cas de Mars. 13/09/2012 Math + Observation en Astro 13 13/09/2012 Math + Observation en Astro 14 LES SYSTÈME D EUDOXE L ÉPICYCLE Adopté par Aristote, Traité du ciel, puis par Thomas d Aquin au Moyen-Âge. 3 ou 4 sphères homocentriques Mouvement diurne Mouvement sur le zodiaque Mouvements rétrogrades et latitudinal. La solution de Ptolémée au problème du mouvement rétrograde des planètes. 13/09/2012 Math + Observation en Astro 15 13/09/2012 Math + Observation en Astro 16 L UNIVERS DE PTOLÉMÉE Claude Ptolémée (90-180 environ) La Grande Synthèse (ou l Almageste). «Il faut autant qu on le peut adapter les hypothèses les plus simples aux mouvements célestes, mais si elles ne suffisent pas, il faut en choisir d autres qui les expliquent mieux.» 13/09/2012 Math + Observation en Astro 17 13/09/2012 Math + Observation en Astro 18 Cours CELSA 3
HYPOTHÈSES ADDITIONNELLES DES TRAJECTOIRES COMPLEXES Épicycle et déférent. Excentrique. Équant. 13/09/2012 Math + Observation en Astro 19 13/09/2012 Math + Observation en Astro 20 AU MOYEN ÂGE LES ÉTAPES DE LA RÉVOLUTION ASTRONOMIQUE Oresme, Livre du Ciel et du Monde (1377). Automne 2012 david.aubin@umpc.fr 21 Automne 2012 david.aubin@umpc.fr 22 QUE S EST-IL PASSÉ LE 5 OCTOBRE 1582 À ROME? NICOLAS COPERNIC (1473 1543) Rien! Le lendemain du 4 octobre 1582 est le 15 octobre 1582! Adoption du calendrier grégorien. Années bissextiles tous les 4 ans Sauf années divisibles par 100 : non bissextiles! Sauf années divisibles par 400 : bissextiles! Le système héliocentrique Proposé par Aristarque (3 e s. av. J.-C.). Les calculs de Copernic, à partir de 1512. Des Révolutions des orbes célestes, publié en 1543. Conserve le cercle et le mouvement uniforme. Préface d Osiandre: hypothèse ou réalité? 13/09/2012 Math + Observation en Astro 23 13/09/2012 Math + Observation en Astro 24 Cours CELSA 4
SYSTÈME DE COPERNIC Ses succès 1. Orbites des planètes alignées sur le Soleil 2. Grandeur des orbites 3. 3 e mouvement 4. Simplicité? Ses problèmes 1. Contredit par l observation a. Mouvement de la Terre b. Éclat constant de Vénus c. Parallaxe des étoiles fixes 2. Contradiction avec la Bible. 3. Besoin d une nouvelle physique. LES PLANÈTES INTERNES Les planètes externes peuvent être en opposition. Les planètes internes (Mercure et Vénus ne le peuvent pas). Explication ad hoc. Physica: de astronomia, mechanica, cosmographia. Notes de cours de Denis- Joseph Deleuze, de Haneffe, en 1772. 13/09/2012 Math + Observation en Astro 25 13/09/2012 Math + Observation en Astro 26 PRÉCESSION DES ÉQUINOXES Déplacement du pôle Nord sur la sphère des étoiles fixes. 3 e mouvement de la Terre. MOUVEMENT RÉTROGRADE SELON COPERNIC 13/09/2012 Math + Observation en Astro 27 Vénus Mars 13/09/2012 Math + Observation en Astro 28 PARALLAXE ET RÉFUTATION Karl Friedrich Bessel en 1832. Karl Popper: théorie héliocentrique réfutée? Du «gaspillage»? 13/09/2012 Math + Observation en Astro 29 Cours CELSA 5