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La découverte de la matière
L'histoire de la physique
pendant l'Antiquité et le Moyen âge
Aperçu Les Temps anciens Le XVIIe s. Le XVIIIe s. Le XIXe s. Le XXe s.

Jalons
Voici quelles étaient les principales idées des philosophes anciens, des philosophes grecs principalement, sur les divers chapitres dont se compose actuellement la physique. Tout d'abord leurs idées sur la constitution de la matière sont des plus variées; elle a pour principe l'eau, ou l'air ou le feu; c'est un mélange d'eau et de poussière (Pythagore). Tout n'est que mouvement, dit Héraclite : le feu n'est que du mouvement et le feu se change en air, l'air en eau, et l'eau en terre. Démocrite puis Leucippe et Epicure considèrent la matière comme formée de petites masses insécables, d'atomes. 

Les phénomènes de la pesanteur semblent tout d'abord avoir du être plus faciles à étudier. Cependant les notions des Anciens sur ce sujet semblent se borner à cette remarque d'Aristote que les corps en tombant vont de plus en plus vite, mais les uns enseignaient que les corps tombent avec des vitesses proportionnelles à leurs poids (Aristote), tandis que d'autres (Epicure, Lucrèce) admettaient qu'ils tomberaient avec la même vitesse dans un espace vide, et que c'était la résistance du milieu qui faisait tomber certains corps moins vite que d'autres.

Certains instruments fondés sur les lois de la pesanteur sont connus déjà depuis fort longtemps. Ce sont : le niveau formé d'un triangle en bois au sommet duquel était un fil à plomb et analogue à celui de nos maçons; son invention remonte très haut; la balance était connue des Anciens; on en trouve la mention dans la Bible (Abraham), dans Homère, etc. La balance à bras égaux et à plateaux est attribuée à Palamède (siège de Troie). La balance romaine, à bras inégaux et à curseur de poids constant, est d'origine arabe.

L'hydrostatique, qui se rattache à la pesanteur puisqu'elle étudie l'effet de cette force sur les liquides a été mieux étudiée par les Anciens; on doit à Archimède un certain nombre de théorèmes dont le plus important, le principe d'Archimède, est relatif à la poussée qu'éprouvent les corps solides immergés dans les liquides. Un certain nombre de propriétés sont communes aux liquides, et aux gaz; toutefois, la compressibilité de ces derniers leur donne en outre des propriétés spéciales. Ce qui les distingue aussi, c'est que nous ne les voyons pas; aussi l'air qui nous enveloppe a été considéré par les Anciens comme immatériel; cependant on trouve souvent dans leurs écrits des expressions qui montrent qu'ils avaient une sorte d'intuition que c'était une matière; ainsi ils avaient remarqué que l'air est plus rare au sommet des montagnes que dans les vallées. D'après Pythagore, il y a l'air impur hétérogène, aêr, qui se trouve au-dessous de l'air pur homogène, aithêr, matière céleste, libre de toute matière nuisible. Empédocle ajoute à l'air, et à l'éther, la terre et l'eau, ce qui constitue le système des quatre éléments, qui a suffi aux anciens et à tout le Moyen âge.

Platon, comme Pythagore, distingue aussi l'air, grossier et rempli de vapeur que nous respirons et l'éther plus subtil dans lesquels les corps célestes sont plongés et se meuvent. La pesanteur de l'air semble avoir été admise par quelques philosophes. Tout pèse, dit Aristote, même l'air, seul le feu ne pèse pas. Empédocle avait déjà attribué à la pesanteur de l'air son introduction dans les poumons. Mais ils n'avaient pas vu les conséquences de la pesanteur de l'air, et ce n'est que beaucoup plus tard qu'on eut connaissance de la pression atmosphérique. Comme instrument assez compliqué fondé à la fois sur l'hydrostatique et sur la pression des gaz, citons la fontaine de Héron qui vivait 250 avant J.-C. L'éolypile du même savant reposait sur la force élastique des vapeurs que produit l'eau fortement chauffée. 

En acoustique, les philosophes anciens avaient des idées plus nettes. Sénèque, qui vivait au commencement de l'ère chrétienne, enseigne que c'est l'élasticité de l'air qui permet aux sons de se produire et de se propager. On attribue à Pythagore l'invention d'un instrument composé d'une corde tendue entre deux chevalets fixes. Un chevalet mobile permettait d'immobiliser un certain point de la corde entre les deux chevalets: le mettait-on au milieu, on avait la première octave au-dessus; mettait-on au quart, la portion la plus petite donnait la deuxième octave et ainsi de suite. Pythagore étudia ensuite les autres intervalles en comparant les Ion gueurs de corde qui produisaient les sons correspondants. Les instruments de musique des Grecs étaient relativement assez nombreux. Les fouilles de Delphes ont mis au jour un hymne ancien que l'on peut comparer, an point de vile de l'harmonie, à notre plain-chant.

Arrivons maintenant à des sujets beaucoup plus difficiles qui devaient au plus haut point embarrasser nos philosophes : chaleur, lumière, électricité, magnétisme.

Les Anciens ont beaucoup disserté sur la nature de la chaleur et du feu. Héraclite considérait la chaleur comme une force, cause de toutes les transformations. Démocrite Ia considérait comme une matière émanant des corps chauds, matière formée d'atomes ronds, très mobiles. Aristote regardait la chaleur comme une qualité occulte de la matière, capable de réunir les éléments semblables, de séparer, au contraire, les choses hétérogènes. En dehors de ces discussions, l'Antiquité ne nous a rien laissé sur ce chapitre.

La lumière a fait l'objet d'un grand nombre de théories et exercé la sagacité des philosophes anciens : pour les pythagoriciens, c'est l'œil qui émet des rayons par lesquels il va prendre connaissance des objets extérieurs; Epicure soutient, au contraire, que les impressions de l'oeil résultent de l'émanation des objets extérieurs, et Platon admet que l'oeil et les objets envoient des rayons qui se rencontrent et causent la vision. Quoi qu'il en soit de ces théories, les anciens avaient sur différents phénomènes lumineux des notions moins élémentaires qu'en électricité et en magnétisme. En effet, l'une des lois fondamentales de l'époque, la propagation de la lumière en ligne droite et l'égalité des angles d'incidence et de réflexion, ayant été découverte par l'école de Platon, la marche de la lumière devenait une question de géométrie, l'une des sciences les plus avancées à cette époque. Aussi Euclide (320 av. J.-C.) écrit-il une optique où il traite de l'apparence des objets situés à diverses distances de l'oeil, où il s'occupe surtout de perspective, et il écrit une catoptrique où il parle des effets de la réfraction. Un peu plus tard, Ptolémée cite même des angles de réfraction, et dans les nombres qu'il donne, les angles de réfraction et d'incidence sont dans un rapport à peu près constant; mais ce résultat échappe à son observation, la loi véritable était presque trouvée il ne fallut plus que quatorze siècles environ pour que Descartes énonçât la loi des sinus.

Comme instruments d'optique, les anciens ne connaissaient que les miroirs : selon la Bible, les femmes juives avaient des miroirs d'airain dès les temps les plus anciens; les Romains avaient des miroirs d'argent. On fit aussi des miroirs en verre recouverts sur la face opposée de diverses matières opaques. On connaissait aussi les miroirs concaves : on connaît l'histoire d'Archimède incendiant les vaisseaux de Marcellus. Pour vérifier si le fait était possible, Buffon avec une série de 168 miroirs plans inclinés de façon à concentrer la chaleur du soleil au même point put allumer du bois à 70 m de distance.

Les Anciens ne connaissaient en électricité que les phénomènes naturels qu'ils considéraient comme des attributs de la divinité et que l'attraction des corps légers par l'ambre jaune préalablement frotté. Encore ne semblent-ils pas, avant Pline, avoir remarqué que le frottement est une condition indispensable du phénomène. Ce fait, véritablement merveilleux de l'action à distance de deux corps qui s'attirent, fat l'objet d'un grand nombre de théories: Platon compare l'attraction de l'ambre à la respiration, Galien y voit une sorte de sympathie, Alexandre d'Aphrodisie la compare aux ventouses qui attirent les humeurs pour remplacer la chaleur sortie de ces appareils, si l'ambre attire les corps légers, c'est pour remplacer l'espèce de feu (chaleur) qui sort du succin quand on le frotte, le vide ne pouvant exister dans la nature. On voit combien est ancienne cette tournure de l'esprit humain d'expliquer un phénomène en le comparant à un autre, on voit aussi à quelles erreurs on peut être ainsi conduit.

Le premier fait du magnétisme connu des Anciens est l'action exercée par une certaine pierre, pierre d'Héraclée ou de Lydie ou encore pierre de fer ou magnésienne, sur le fer. Ce fait était d'ailleurs souvent confondu avec l'attraction des corps légers par l'ambre. Les auteurs anciens tels que Ptolémée, Pline font des récits invraisemblables de montagnes d'aimant ou de temples construits avec des pierres d'aimant. Thalès et Platon voyaient dans cette attraction l'effet de forces vitales et même intelligentes. D'après Lucrèce, une sorte de tourbillon d'effluves sort de la pierre d'aimant et chasse l'air de l'espace compris entre le fer et l'aimant, de sorte que le fer se précipite pour remplacer l'air. Plutarque a soutenu la même théorie. Aristote paraît avoir remarqué le premier un deuxième fait : le fer doux s'aimante d'une façon passagère sous l'influence des aimants. Cependant les Chinois paraissent avoir eu connaissance de la boussole plusieurs siècles avant notre ère.

Moyen âge.
Cette période ne nous apprend pas grands faits nouveaux. Les discussions sur la constitution de la matière ont continué. L'invention des aréomètres semble remonter à cette époque; ils sont mentionnés pour la première fois au Ve siècle dans une lettre d'Hypatie à Synésius, plus tard évêque de Ptolémaïs; ils servaient, sous le nom d'hydroscope, à juger du plus ou moins de pureté d'une eau par sa densité ou plutôt par son degré aréométrique. L'invention des pompes aspirantes et foulantes remonte à deux siècles avant notre ère, mais leur théorie est beaucoup plus récente (1643). C'est probablement aussi dans cette période que la gamme a été inventée; au VIe siècle, les notes étaient représentées par les sept premières lettres de l'alphabet avec des points pour les sons des autres octaves. On attribue à Guy d'Arezzo l'introduction des noms ut, ré, mi, fa, sol et la, provenant des syllabes initiales d'une hymne à saint Jean-Baptiste. Le si ne fut ajouté qu'au XVIIe siècle. C'est vers 1330 que les lettres furent abandonnées pour représenter les sons et remplacées par des caractères musicaux ou notes. L'introduction de la boussole en Europe paraît remonter au XIIe siècle elle se composait alors d'une aiguille aimantée reposant sur un fétu de paille et flottant sur l'eau. (A. Joannis).

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