Introduction à la physique contemporaine et à l'astrophysique - 1.

L'univers selon Aristote

Aristote est l'un des philosophes les plus importants de la Grèce Antique au IVè s. av. la naissance présumée de J-C ainsi qu'une figure dominante de la physique. Le modèle Aristotélicien nous offre une conception de l'univers géocentrique: la Terre est immobile et tous les astres gravitent autour d'elle. Les mouvements de ces astres doivent être parfait (journées, saisons...). Pour ce faire, ils décrivent donc tous une orbite circulaire autour de notre Terre.
Il nous faudra aussi distinguer dans cet univers le monde sensible constitué de corps matériels altérables composés de 4 éléments (eau, terre, air, feu), du monde céleste ne comportant que des corps immuables baignant dans un fluide (le cinquième élément: la quintessence) que l'on nomme "éther".
Aristote nous dit que "un corps n'est en mouvement que s'il y est forcé". Dès l'instant où cette force cesse, l'objet est mû par une propriété interne de finalité qui le ramène vers son lieu naturel de repos. Ce mouvement, dit "naturel", est rectiligne vertical, vers le bas pour la terre et l'eau, vers le haut pour l'air et le feu.
Ce mouvement naturel de retour vers l'état de repos s'effectue d'ailleurs en accord avec un autre grand principe d'Aristote selon lequel les corps lourds chutent plus rapidement que les corps légers.

Les détracteurs du modèle Aristotélicien

L'astronome polonais Nicolas Copernic, né à la fin du XVème siècle, étudia en détails les mathématiques et l'astronomie grecques, le système de Ptolémée inclus. Il redécouvrit dans les œuvres d'Archimède le système héliocentrique d'Aristarque de Samos, dont il devint l'ardent défenseur. Il resta cependant très prudent vis-à-vis de la vulgarisation de ses théories, puisqu'il risquait là d'être la victime du tribunal de l'Inquisition, parmi elles, le philosophe italien Giordano Bruno, envoyé au bûcher en 1600, se fit remarquer par ses idées encore plus révolutionnaires et hérétiques que celles de Copernic. Non content de détrôner la Terre de sa place centrale dans l'Univers, il alla jusqu'à émettre l'hypothèse de l'infinité de celui-ci et celle de la pluralité des mondes.
Johannes Kepler fût forcé par un édit contre les protestants de se réfugier à Prague auprès de l'astronome danois Tycho Brahé. A la mort de celui-ci en 1601, Kepler lui succéda et hérita des très nombreuses et précises observations. Kepler était un copernicien convaincu. Il utilisa donc abondamment les données amassées par Brahé pour reconstruire, à l'aide de la distance Terre-Mars, la trajectoire de Mars autour du Soleil. Il fut ainsi amené à énoncer en 1604, 1605 et 1618 les fameuses lois qui portent désormais son nom. La première d'entre elles, connue sous le nom de deuxième loi de Képler ou de "loi des aires", concerne la façon dont varie la vitesse de déplacement des planètes sur leurs orbites (voir la figure suivante). La deuxième (nommée "première loi") était quant à elle si révolutionnaire que Kepler lui-même eut des difficultés à l'accepter. Elle stipule en effet que les planètes orbitent sur des trajectoires elliptiques, le Soleil occupant l'un des foyers de cette ellipse.

Galileo Galilei

Disciple et fervent admirateur d'Aristote, Galilée est plutôt perçu comme le premier à avoir remis en cause son enseignement. Ainsi, bien souvent, on connaît avant tout la façon dont il défendit le système copernicien devant l'Eglise. Galilée fut l'initiateur de la cinématique et de la dynamique modernes. Avec lui, le mouvement devint une propriété relative et naquirent les notions toujours actuelles de vitesse instantanée (variation de la position avec le temps) et d'accélération (variation de la vitesse avec le temps). En 1604, fut faite une observation qui allait bouleverser non seulement la vie de Galilée, alors âgé de 40 ans, mais également la science contemporaine et à venir. Une "nouvelle étoile", visible à l'œil nu, fut soudain remarquée dans la constellation du Sagittaire. Objet de nombreuses discussions, cette supernova (la dernière en date dans notre Galaxie) fut soigneusement étudiée par Kepler et attira l'attention de Galilée sur l'astronomie. Il eut ainsi connaissance du modèle héliocentrique de Copernic et commença lui-même à faire de nombreuses observations astronomiques. En 1609, il entendit parler des lunettes d'approche que vendaient les forains en Hollande, ce qui lui inspira l'idée de se faire construire une lunette sur le même principe, mais dédiée à l'astronomie. En 1616, l'œuvre de Copernic fut mise à l'index et Galilée officiellement sommé de changer de sujets d'études. Quelques années plus tard, le temps passant et un nouveau pape ayant été élu en 1623, Galilée se crut à l'abri et publia en 1632 son "Dialogue sur les deux grands systèmes du monde". Ce "Dialogue" allait être à l'origine d'un des procès les plus célèbres de l'histoire.
Avec Galilée, le mouvement devient relatif : il n'existe que par rapport à quelque chose, c'est une propriété qui dépend de l'observateur et peut donc être partagée, conduisant alors à un repos relatif. De cette façon, même s'il n'argumentait pas directement en faveur du modèle de Copernic, Galilée détruisait au moins l'argument de Ptolémée contre le mouvement de la Terre. De plus, poussée un peu plus loin, sa réflexion l'amena à établir la loi de composition des vitesses en mécanique classique : si un papillon se déplace à la vitesse "v" par rapport à un bateau qui navigue à la vitesse "w" par rapport à la terre ferme, la vitesse du papillon par rapport à la terre ferme est "v+w". On peut légitimement se demander comment un tel principe est possible, s'il n'y a pas de contact physique entre les corps. Ceci est le principe d'inertie: le mouvement est "imprimé de façon indélébile"  dans les corps, dès lors qu'ils sont mis en mouvement.

• Référentiel Galiléen ou inertiel: référentiel dans le quel un objet est soit immobile soit en mouvement de translation rectiligne uniforme. C'est objet en question n'est donc soumis à aucune force.
• Relativité galiléenne: toute expérience mécanique exécutée à bord d'un objet immobile (chute, lancé d'un corps...) donnera les mêmes résultats que si cet objet est en mouvement rectiligne uniforme et ceci du simple fait que cet objet n'est soumis à aucune force. Il est donc impossible pour l'observateur de savoir si l'objet en question est en mouvement ou immobile.
  

Comments

[kM]

sa pète bien comme départ pour ce sujet! A voir maintenant vers quoi cette séquence va s'orienter... plutôt discutions des théorèmes ou peu être mise en avant de découvertes, ou de nouvelles idées sur le sujet?

En tout cas cette rubrique m'intéresse.

L'espace est grand est nous ne somme que fourmis rappelons le!!!