Les grandes decouvertes et les grands physiciens








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LES GRANDES DECOUVERTES ET LES GRANDS PHYSICIENS
L’Antiquité
Les grands géomètres au sens étymologique du terme
A. THALÈS DE MILET (625 – 547 av. J.C.)
Philosophe, astronome, mathématicien grec, originaire de Milet, Ionie, aujourd’hui en Turquie, fondateur de la philosophie grecque et considéré comme l’un des Sept Sages.

Philosophe de la nature, Thalès fut le premier à tenter de donner une explication rationnelle, et non mythologique,

de l'univers.
Il devint célèbre grâce à la prédiction de l’éclipse de Soleil du 28 Mai 585 av. J.C., (Cette prédiction eut une conséquence non négligeable.

A cette date, les Mèdes du Roi Cyaxare et les Lydiens du Roi Aliathe étaient en guerre et devaient se livrer une bataille décisive.

Quand ils virent brusquement le jour se transformer en nuit, comme l’avait prédit Thalès, ils connurent une telle panique qu’ils préférèrent cesser les combats et signer un accord de paix.), ainsi qu'à un théorème de la théorie du triangle auquel il donna son nom et qu’il appliqua à la mesure de la hauteur des Pyramides et à la mesure des distances en mer.

Il est aussi connu pour ses travaux sur l'électricité statique.

Il avait en effet constaté qu’un morceau d’ambre jaune (sève d’un résineux devenue solide) frotté sur de la laine ou de la fourrure attirait à lui des objets comme plumes, brins de paille ou petits morceaux de bois. Le mot « électricité » vient du grec êlektron qui signifie ambre.

Il aurait également été le premier à remarquer que certains minerais de la région de Magnésie ont la propriété d'attirer le fer.

Il posa la première vraie question sur la nature du monde vers 585 av. J.C. :

« De quoi le monde est-il fait ? » 
Cette interrogation constitue ce que l'on a coutume d'appeler le
« Miracle grec »
C'est une question d'ordre astronomique voire astrophysique qui fait de lui premier physicien.

Il cherche à comprendre l’organisation de l’univers.
Thalès était persuadé que l’Eau était la base de toutes choses puisque capable de se transformer en «Air» par évaporation ou en « Terre » lorsque le Nil dépose son limon au cours de ses inondations annuelles. Cette conception lui était venue suite à la constatation qu’il avait faite que toute créature vivante (végétal, animal ou humain) était invariablement « humide ».

Les plantes, les aliments … sont humides alors que les pierres inertes ne le sont pas et que les cadavres se dessèchent …
Cette idée peut aujourd’hui nous sembler bien " rudimentaire ", mais à l’époque de Thalès, où tous les phénomènes baignaient dans une mythologie effroyablement complexe, tenter d’expliquer TOUT par un nombre réduit d’hypothèses, était foncièrement révolutionnaire.
Et puis, il ne faut pas non plus oublier que Thalès avait fait son éducation de base en Egypte et en Mésopotamie, deux pays on ne peut plus arides et dans lesquels les fleuves (Nil, Tigre, Euphrate) étaient l’objet de véritables cultes… puisque source de vie.

Pour lui, la Terre est supposée plate, de la forme d'un disque, entièrement ceinturée par le fleuve Océan et recouverte d'un ciel en coupole hémi-sphérique.

L' hémi-sphéricité est suggérée par le mouvement des astres qui décrivent de grands arcs de cercles au cours de la journée et de la nuit. Le retour journalier de mouvements similaires pose question.

Certains pensent que les astres, après avoir disparu de l'horizon, reviennent à leur point de départ en empruntant le fleuve Océan. D'autres avancent que ce sont chaque jour de nouveaux astres qui se déplacent dans le ciel, certaines parties de la Terre ayant le pouvoir de les allumer ou de les éteindre.
Quel support pour la Terre ?
Sur quoi s'appuie la Terre pour ne pas tomber vers un autre lieu du ciel ?

L'interrogation est déroutante.
Après l'avoir imaginé soutenue par un pilier imaginaire, Thalès fait reposer la Terre sur de l'eau.

Cette flottaison " instable " lui permettait d’expliquer les tremblements de terre.

« De quoi le monde est-il fait ? »

Cette question va être le détonateur qui va engendrer d’énormes progrès. Même si la réponse n’est pas très intéressante,
« Le plus important était de se poser la question ! »
Il serait mort de déshydratation alors qu’il assistait, passionné, à un concours de gymnastique. En fait, il fut plus certainement victime de l’effet de foule. Quand le public se dispersa à la fin de la compétition, on le retrouva étendu sur les gradins, comme s’il était en train de dormir. Sur son tombeau fut inscrit cette épitaphe :

«  Ce tombeau est certes étroit, mais considère qu’il atteint les dimensions du ciel, la gloire de Thalès, l’homme très sensé. »

Thalès et le secret de la pyramide de Khéops
Vers 2500 av. J.C. le roi d’Egypte Khéops fit construire à Guizeh, son modeste tombeau : la célèbre Grande pyramide qui est considérée comme l’une des sept merveilles du monde.

Thalès en voyage en Egypte fut étonné par les dimensions de ce monument qui dépassaient tout ce qu’il avait pu imaginer.

La hauteur de la pyramide semblait impossible à mesurer.

Pourtant il y parvint avec l’aide du Soleil et beaucoup

d’imagination ...

Il avait remarqué que l’ombre d’un objet est proportionnelle à la taille de cet objet. Le rapport qu’il entretenait avec son ombre devait être le même que celui que la pyramide entretenait avec la sienne.

Il en déduisit ceci :
« A l’instant où mon ombre sera égale à ma taille, l’ombre de la pyramide sera égale à sa hauteur. »
Il traça dans le sable un cercle de rayon égal à sa propre taille, se plaça au centre, se redressa afin d’être bien droit et fixa le bout de son ombre. Lorsque celle-ci effleura la circonférence la

longueur de l’ombre fut égale à sa taille.

A ce moment il planta un pieu à l’endroit atteint par l’extrémité de l’ombre de la pyramide.



Thalès ne peut mesurer directement (en nombre de pas par exemple) que la partie de l’ombre de la pyramide s’étendant en dehors de la base, ainsi que la largeur de la pyramide.
La pyramide a une largeur de 254 pas, son ombre a une longueur de 34 pas.

Il obtint alors la hauteur de la pyramide en pas : 161 pas

Soit en mètres : 144,9 m

En comparant ce résultat à la valeur actuelle de la hauteur de la pyramide : 147 mètres, on trouve une légère différence d’environ deux mètres. D’où peut-elle provenir ?

En réalité à l’origine la pyramide de Khéops était « coiffée » d’un pyramidion en or qui brillait au Soleil et indiquait la présence du tombeau à plusieurs kilomètres de distance.
La gloire de Thalès : La prédiction des éclipses : le Saros
Comme nous l’avons vu ce qui rendit vraiment Thalès célèbre ce fut la prédiction de l’éclipse de Soleil du 28 Mai 585 av J.-C.

D’autant plus que si les éclipses de Lune sont visibles depuis une énorme portion de la Terre, il n’en est pas de même des éclipses de Soleil qui ne peuvent s’observer que sur des territoires précis et réduits.
Si l'orbite terrestre, ou écliptique, était dans le même plan que l'orbite lunaire, deux éclipses totales surviendraient au cours de chaque mois lunaire : une éclipse de Lune se produirait au moment de chaque pleine lune, et une éclipse de Soleil apparaîtrait au moment de chaque nouvelle lune. Les deux orbites sont toutefois inclinées .

Par conséquent, les éclipses surviennent seulement lorsque la Lune ou le Soleil sont aux lieux d'intersection des deux orbites. Périodiquement, le Soleil et la Lune retrouvent une même position par rapport à l'un des lieux d’intersection.

Ainsi, les éclipses se produisent à intervalles réguliers appelés saros qui signifie répétition.


Un saros correspond à environ 6 585,3 jours, c'est-à-dire 18 années, de 9 à 11 jours (selon le nombre d'années bissextiles) et 8 heures.

Ce sont les astronomes chaldéens (Babylone) qui en étudiant les mouvements du Soleil et de la Lune ont découvert le cycle que les astronomes modernes désignent sous le nom de saros et qui correspond à une période de 223 lunaisons ou mois lunaires.
Les mois étaient alternativement de 29 et 30 jours avec des corrections pour réduire le décalage progressif entre les années et les saisons.

Chaque éclipse est identique à la précédente, mais est déplacée en longitude d’environ 120° vers l’ouest d’une éclipse à la suivante puisque la Terre a tourné d’un tiers de tour supplémentaire.

Ce cycle intervient encore aujourd’hui dans le calcul des éclipses. Pendant un saros, environ 70 éclipses ont lieu, dont 29 éclipses de Lune et 41 éclipses de Soleil.

Parmi ces dernières, en général 10 sont totales et 31 partielles.

Au cours d'une année, il se produit de 2 à 7 éclipses.
Cependant, un long intervalle de temps sépare deux observations successives d'éclipses totales de Soleil à partir d'un même lieu.

Ainsi, depuis le début du siècle, on n'a pu observer que trois éclipses totales de Soleil en France, l'une le 17 avril 1912, l'autre le 15 février 1961, la dernière le 11 août 1999 (l’ombre de la Lune a balayé la France d’ouest en est en moins de 20 min à partir de 10 h 20, temps universel).
Puisqu’une éclipse totale de Soleil a eut lieu en le 11 Août 1999 et puisque la durée d'un saros est de 18 ans 9 ou 11 jours suivant le nombre d'années bissextiles contenues dans ce Saros.

A quelle date a eut lieu la précédente éclipse totale de Soleil ?

Réponse : le 31 Juillet 1981
A quelle date devrait avoir lieu la prochaine éclipse totale de Soleil ?

Réponse : le 22 Août 2017
A quelle date devrait avoir lieu la prochaine éclipse en France ?

Le 5 novembre 2059. Ce sera une éclipse annulaire.
A quelle date devrait avoir lieu la prochaine éclipse totale en France ?

Le 3 septembre 2081.
Visiblement Thalès ne possédaient pas les connaissances nécessaires pour effectuer une telle prédiction et beaucoup sont convaincus qu’il utilisa pour ce faire les données astronomiques rassemblées par les Babyloniens. Mais le mystère n’est pas résolu pour autant car les recherches récentes on montré que si les astronomes de Babylone étaient capables de prévoir une éclipse de Soleil avec exactitude, ils ne pouvaient le faire que pour leur secteur. Leurs connaissances ne leur permettaient pas de faire des prédictions pour des lieux situés à des latitudes et longitudes différentes.
Eclipses de Soleil et de Lune
Une éclipse lorsque la lumière d'un corps céleste est momentanément masquée par un autre corps. Les éclipses de Lune se produisent deux ou trois fois par an, lorsque la Lune traverse l'ombre projetée par la Terre dans la direction opposée à celle du Soleil. Les éclipses de Soleil se produisent une ou deux fois par an, lorsque la Lune passe entre le Soleil et la Terre, projetant sur la Terre une ombre large de moins de 200 km.




Une éclipse de Soleil n'est visible que si l'ombre projetée par la Lune passe par le lieu d'observation sur la Terre. Une éclipse de Lune est visible de n'importe quel endroit de la Terre où la Lune est visible.
B. ERATOSTHENE DE CYRENE :

(273 - 192 av. J.C.)
Astronome, géographe, mathématicien et philosophe grec originaire de Cyrène, aujourd'hui Shahhat en Libye. Il s'établit à Alexandrie où

il devint responsable de la célèbre Bibliothèque.
En géographie, il fut une autorité reconnue de toute l'Antiquité.

Il avait eu l'idée de diviser le globe au moyen d'un axe Est-Ouest parallèle à l'équateur et qui passait par Rhodes et d'un axe Nord-Sud perpendiculaire au premier et passant par Alexandrie.

Ainsi tous les lieux connus se situaient par rapport à un parallèle et un méridien de référence.
Il mesura aussi l’obliquité de l’écliptique (angle d’inclinaison de l’axe de la Terre) avec une précision remarquable puisqu’il aurait trouvé 11/83 de 180°, soit 23° 51' 15".

Ce qui représente une erreur de seulement 7 minutes d’arc.

Il constitua un catalogue (aujourd’hui perdu) de 675 étoiles.

Mais surtout, il fut le premier à proposer une méthode de mesure de la circonférence terrestre encore en usage aujourd'hui.

Ses calculs étaient fondés sur l’observation qu’à midi, au moment du solstice d’été, le Soleil à Syène (aujourd’hui Assouan) se trouve à la verticale car il ne donne aucune ombre (Syène se situe presque directement sur le tropique du Cancer).

A Alexandrie, se servant de l’ombre projetée par un obélisque,

il mesura à la même date et au même moment l’angle que faisaient avec la verticale les rayons du Soleil.

Connaissant la distance entre Syène et Alexandrie, il fut ainsi capable par des calculs trigonométriques de déterminer la circonférence de la Terre (près de 40 000 km) avec une précision de l'ordre de 5%.
Devenu aveugle, il se laissa mourir de faim à Alexandrie.
Avec Eratosthène une transition importante s'opère.

Les astronomes désormais se préoccupent davantage des dimensions des corps célestes plutôt que de leur agencement.

Calculs d'Eratosthène :
- L’obliquité de l’écliptique par rapport à l’équateur : 23° 51' 20''

- La circonférence de la Terre : 42 000 km
En profitant des éclipses de Lune, Eratosthène tenta aussi de mesurer la distance Terre/Lune et trouva 780 000 stades… ainsi que la distance Terre/Soleil pour laquelle il proposa 804 000 000 de stades.

Valeurs fausses bien sûr, mais permettant néanmoins de concevoir un Univers bien plus grand que tout ce que l’on imaginait alors.
Pour la majorité des contemporains d’Eratosthène, la Terre était un grand disque plat surmonté d’un « ciel » plus ou moins complexe sur lequel se déplaçaient :


- Le Soleil.
- La Lune.
- Les Etoiles fixes.
- Les Planètes (astres errants) : Mercure, Vénus, Mars, Jupiter et Saturne.

Mesure de la Circonférence de la Terre
Eratosthène avait entendu des voyageurs raconter, qu’à Syène (aujourd’hui Assouan) le 21 Juin à midi, le Soleil se trouvait exactement à la verticale de la ville.

A tel point que ses rayons parvenaient même à toucher le fond d’un puits étroit et profond de cette ville.

Or, Eratosthène observa que chez lui, à Alexandrie, au Nord de Syène, le Soleil faisait toujours une ombre. D’où l’idée que, s’il pouvait mesurer la longueur de l’ombre à Alexandrie à l’heure où il ne s’en produisait pas à Assouan, il serait en mesure de calculer la circonférence terrestre.

Le 21 Juin, il mesura l’ombre d’un obélisque haut de 20 m et calcula ainsi l’angle que font les rayons du Soleil avec la verticale.
Des calculs trigonométriques permettent de calculer la valeur de cet angle. Il fut évalué par Eratosthène à 7 ° 12’
Rayons quasi-paralléles provenant

du Soleil lointain


Obélisque


Puits

Ombre



Toujours en parlant avec des voyageurs, Eratosthène apprit qu’il fallait cinquante jours à un chameau pour faire le voyage de

Syène à Alexandrie. Sachant qu’un chameau parcourt la distance de 100 « stades » par jour en moyenne ( le « stade » était l’unité de longueur utilisée à l’époque d’Eratosthène )

Il calcula en « stades » la distance entre Syène et Alexandrie.

Soit environ 5000 stades. A partir de ce résultat il pu calculer en « stades » la circonférence de la Terre.

Seulement les arpenteurs de l’époque mesuraient les distance en comptant leurs pas !

Ainsi un « stade » représentait 600 pas.

Le problème est qu’il a été très difficile aux archéologues et aux historiens de trouver la valeur d’un pas qui variait en

fonction des régions.

Si l’on suppose qu’un pas mesure 28 cm, ce qui est assez proche de la réalité, on obtient pour la valeur de la circonférence

de la Terre : 250 000 stades soit 42 000 km.

La valeur exacte étant proche de 40000 km, l’écart d’Eratosthène est de l’ordre de 5%. Ce qui est extraordinaire pour l’époque !!!
Remarque :
Que la mesure de l’angle soit meilleure que celle des distances n’a rien d’étonnant.

De plus il est très difficile d’apprécier la valeur que pouvait représenter un pas à cette époque.

Néanmoins la précision à laquelle il parvient dans son calcul ne se retrouvera plus avant les temps modernes.

C. EMPEDOCLE D’AGRIGENTE :

(490 - 430 av. J.C.)
Philosophe grec originaire d'Agrigente, en Grande Grèce (aujourd'hui en Sicile).

Médecin, prophète et chef, après son père, du parti démocratique de sa ville natale, Empédocle aurait même remporté une victoire aux Jeux Olympiques.

Il serait mort en Grèce à l'âge de soixante ans ; mais une légende que l’on doit à Heraclide du Pont prétend qu'après avoir « ressuscité » une femme d’Agrigente, il aurait compris que sa popularité avait atteint son point culminant et qu’il ne lui restait plus qu’à disparaître comme un Dieu. Il se serait alors jeté dans le cratère de l'Etna. Le volcan aurait même rejeté sa sandale de bronze …
De ses deux grands poèmes philosophiques (les Purifications et Sur l'Univers), il ne subsiste qu'une centaine de fragments, où il affirmait que toute chose se compose des quatre principaux éléments :

la Terre, l'Eau, l'Air et le Feu.

Empédocle fut en effet le fondateur de la théorie des quatre éléments conservée jusqu'à l'époque de la chimie moderne.
La Terre est le principe et le support de l’état solide et de la sécheresse.

L’Eau est le principe et le support de l’état liquide et du froid.

L’Air, celui de l’état volatil et gazeux.

Le Feu, plus subtil, répond à la notion de fluide éthéré (= impalpable ), il est le support symbolique de la lumière et de la chaleur.
Pour Empédocle :
"Les quatre éléments la Terre, l'Eau, l'Air et le Feu se mélangent et se divisent sans cesse mais de telle sorte que la matière reste toujours constante "
Il est important de remarquer que si leurs mélanges et leurs combinaisons produisent tous les corps naturels, les éléments, dans ce système, ne sont pas susceptibles d’être transformés : ils subsistent par eux-mêmes et ne se peuvent changer les uns en les autres.
Ces quatre éléments fondamentaux (Terre, Eau, Air et Feu) sont mis en mouvement et combinés par deux principes opposés : l'«Amour», principe de rassemblement et d'harmonie, et la «Haine», principe de dispersion et de discorde.

L'«Amour», Eros en grec, est le principe de toute synthèse et réunion.

C'est l'énergie d'intégration.

Tandis que la « Haine », Polémos en grec, est une division des phénomènes de la nature.

C'est l'énergie de désintégration.

L'idée d'Empédocle est que dans le monde matériel la dissociation prend le pas sur la concentration.

Il y a là les prémisses de la théorie moderne d'un Univers en perpétuelle expansion !

Sa vision de l'Univers est basée sur sa théorie Nuit

des quatre éléments.

Le feu mêlé d’air se concentre pour former

l’hémisphère du jour (feu = lumière),

tandis que la vapeur montée des eaux emplit Jour

l’autre moitié du ciel pour former l'hémisphère

de la nuit. L’univers s’allonge et prend la forme Feu

d’un œuf.

Retenus dans le mélange, mais toujours portés

à se retrouver, les éléments s'animent.
Le feu entraîne la rotation des deux hémisphères du jour et de la nuit.

La Terre sphérique repose immobile au centre, opposant une résistance active aux mouvements giratoires de la voûte des astres fixes et des sphères intermédiaires.

Le Soleil n’a pas de corps propre.

On reconnaît aussi à Empédocle le mérite d’avoir prouvé l’existence de l’Air en tant que « quelque chose » de matériel n’ayant rien à voir avec le vide.
Dans un fragment de son traité qui nous est parvenu, il explique que

« si une petite fille (créature on ne peut plus naïve et ignorante) prend un récipient de cuivre et en bouche l’ouverture avec sa main, le retourne et l’enfonce dans l’eau… l’eau n’y pénètre pas car l’air contenu dans le récipient l’en empêche en la repoussant ».

Il y a là une bien belle preuve expérimentale, peut être même la première de l’histoire des Sciences.

Il découvrit aussi la force « centrifuge » en constatant que si l’on faisait tourner un seau plein au bout d’une corde, l’eau adhérait au fond et ne tombait pas.
Il prétendait que la Lumière était une émission d’effluves qui se transmettaient instantanément. Selon lui, la lumière de la Lune était

« empruntée au Soleil ». Cela l’amena à s’intéresser aux éclipses.

Il affirmait aussi que le son était une vibration de l’air.
Supposons maintenant que vous vouliez refroidir une canette de

Coca-Cola et que vous disposiez d’un « pain » de glace.

Placeriez-vous ce « pain » sur la canette ou bien sous la canette ?
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