La révolution scientifique : mesurer plutôt que qualifier

Cours complet · lettres et philosophie (ECG/ECT 1re année), chapitre 5 · prépas ECG et ECT, 1re année

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L'année $1543$ voit paraître deux livres qui n'ont rien à voir l'un avec l'autre. À Nuremberg, Des révolutions des orbes célestes de Copernic déplace la Terre du centre du monde. À Bâle, La Fabrique du corps humain de Vésale ouvre le corps et le dessine tel qu'il est, contre ce que Galien en avait écrit quatorze siècles plus tôt. Cent quarante-quatre ans plus tard, en $1687$ , les Principes mathématiques de la philosophie naturelle de Newton ramènent la chute d'une pomme et la course de la Lune à une seule formule. On appelle « révolution scientifique » ce qui se passe entre ces dates.

Le mot est commode et il induit en erreur. Il laisse croire que des hommes lucides auraient enfin regardé le monde tel qu'il est, après deux mille ans d'aveuglement. C'est doublement faux. Aristote observait énormément — sa zoologie est un chef-d'œuvre d'observation — et Galilée se trompe souvent, notamment sur les marées, qu'il croit expliquer par le mouvement de la Terre. Ni le sérieux ni l'exactitude ne font la coupure.

La question de ce chapitre est donc celle-ci : qu'est-ce qui change, au juste, entre la physique d'Aristote et celle de Galilée ? La réponse tient en une phrase que le reste du chapitre a pour tâche d'établir : on ne change pas de réponse, on change de question — et cette question neuve n'attend pas une nature, elle attend un nombre.

5.1 Ce que la physique d'Aristote savait faire

Définition 5.1Qualité

Ce qui répond à la question « comment est-ce ? » : chaud, froid, sec, humide, lourd, léger. Une qualité se constate, se compare vaguement, mais ne s'additionne pas. Deux corps chauds ne font pas un corps deux fois plus chaud.

Définition 5.2Grandeur

Ce qui répond à la question « combien ? » : une durée, une longueur, une vitesse. Une grandeur s'additionne, se divise, entre dans un rapport. C'est la condition pour qu'une loi mathématique puisse la saisir.

La physique d'Aristote explique par des qualités et par des fins. Un corps lourd tombe parce que son lieu naturel est le bas ; la flamme monte parce que le sien est le haut. Le mouvement n'est pas un état, c'est un passage vers un terme, et il s'arrête quand ce terme est atteint. Le monde est donc ordonné : il a un centre, un haut, un bas, et deux régions qui n'obéissent pas aux mêmes lois — au-dessous de la Lune, la génération et la corruption ; au-dessus, des sphères incorruptibles animées d'un mouvement circulaire éternel.

iRemarque

Ce système a tenu deux mille ans, et pas par sottise. Il rend compte de ce que chacun voit : les pierres tombent, la fumée monte, le Soleil tourne, et rien de ce qui est en haut ne semble jamais changer. Une théorie fausse qui explique tout ce qu'on observe est bien plus difficile à déloger qu'une théorie fausse qui se contredit.

Figure 1. Ce qui sépare les deux physiques n'est pas le soin de l'observation, c'est la question posée. Aristote et Galilée voient tomber la même pierre. Le premier demande pourquoi elle tombe et répond par une nature : le bas est son lieu. Le second demande comment elle tombe et répond par un rapport entre deux grandeurs mesurées, la distance et le carré du temps. La conséquence est brutale : une nature ne se mesure pas, donc ne se réfute pas ; un rapport entre grandeurs se vérifie, donc peut être faux. La science moderne gagne en prise sur le réel exactement ce qu'elle perd en profondeur d'explication.

Auteur : Galilée (1564–1642) — écrire la nature en langue mathématique

Pisan, mathématicien à Padoue puis à Florence. La thèse. Le monde est un livre écrit « en langue mathématique », et ses caractères sont des figures géométriques : qui ne les connaît pas erre dans un labyrinthe obscur (L'Essayeur, $1623$ ). Ce n'est pas une métaphore décorative : c'est le programme de deux siècles. Le concept le plus utile. L'idéalisation. Galilée n'étudie pas la chute réelle, encombrée d'air et de frottements : il la ralentit sur un plan incliné, l'imagine sans résistance, et énonce la loi du cas qui n'existe nulle part. Le réel est ensuite retrouvé comme un cas complet. La filiation. Il reprend de Copernic ( $1543$ ) une hypothèse de calcul et la transforme en thèse physique, ce qui lui vaudra son procès ; il lègue à Descartes puis à Newton l'idée qu'un mouvement uniforme ne demande aucune cause — mais il la pense encore sur un cercle, et c'est Descartes qui la redressera en ligne droite (Principes de la philosophie, $1644$ ).

Exemple 5.3Le plan incliné, ou comment ralentir pour compter

La chute libre est trop rapide pour être chronométrée avec les moyens de $1600$ . Galilée fait donc rouler une bille dans une rainure sur un plan très peu incliné, et mesure le temps à l'écoulement d'eau. Il trouve que les distances parcourues pendant des durées égales successives sont entre elles comme $1, 3, 5, 7 \dots$ — donc que la distance totale croît comme le carré du temps. Ce que l'exemple montre : l'expérience n'est pas une observation plus attentive, c'est un dispositif construit pour rendre une grandeur comptable. On n'attend pas que la nature parle, on l'arrange pour qu'elle réponde par un nombre.

5.2 De l'observation à l'expérimentation

Définition 5.4Expérimentation

Intervention réglée sur un phénomène : on choisit les conditions, on en fait varier une seule, on isole les autres, et l'on recommence. À la différence de l'observation, elle suppose une question formulée à l'avance et un dispositif construit pour y répondre par oui, par non, ou par une mesure.

Figure 2. Deux rapports au réel, et un seul des deux permet une réfutation. Observer, c'est laisser la nature choisir ce qu'elle montre : on obtient beaucoup de faits et aucune décision, car l'observation ne dit jamais quelle cause agit. Expérimenter, c'est poser une question fermée, construire les conditions dans lesquelles elle admet une réponse, et accepter d'avance que la réponse soit non. Kant en tirera la formule décisive : la raison n'apprend de la nature que ce qu'elle-même y cherche selon son propre plan, et elle doit l'interroger comme un juge interroge, non comme un élève écoute (préface de la seconde édition de la Critique de la raison pure, $1787$ ).

Auteur : Francis Bacon (1561–1626) — faire de la science une institution

Juriste et chancelier d'Angleterre, auteur du Novum Organum ( $1620$ ) et de la Nouvelle Atlantide (posthume, $1627$ ). La thèse. Le savoir doit être refondé sur l'expérience, mais une expérience réglée : il ne suffit pas d'accumuler des cas favorables, il faut chercher les cas où la chose est absente et ceux où elle varie. Le concept le plus utile. Les idoles — les erreurs que l'esprit commet non par ignorance mais par sa constitution même : celles de la tribu (l'espèce humaine prend ses mesures pour celles du monde), de la caverne (l'histoire propre à chacun), de la place publique (les mots mal faits), du théâtre (les systèmes reçus). C'est la première théorie de l'erreur systématique, et elle vaut encore dans un laboratoire. La filiation. Le titre Novum Organum refuse frontalement l'Organon d'Aristote ; la Nouvelle Atlantide imagine une maison de Salomon où le savoir est produit collectivement, et la Royal Society, fondée en $1660$ , se réclamera de lui. La formule « savoir, c'est pouvoir » lui est attribuée à partir des Meditationes sacrae ( $1597$ ).

Important

Retenez la distinction Bacon / Descartes, elle est très rentable. Les deux veulent refonder la méthode et les deux refusent la scolastique — mais en sens opposés. Bacon part des faits et remonte, par tables et par exclusions, vers la loi : c'est l'induction. Descartes part d'une évidence et descend, de proche en proche, vers les conséquences : c'est la déduction. Un devoir qui les met dans le même sac (« les modernes opposent l'expérience à l'autorité ») perd ce qui fait l'intérêt du XVII^e siècle : deux méthodes rivales, dont la science d'aujourd'hui a gardé les deux.

Auteur : René Descartes (1596–1650) — l'ordre des raisons

Né à La Haye en Touraine, formé chez les jésuites de La Flèche. La thèse. La certitude ne se trouve ni dans les livres ni dans les sens, mais dans un ordre : ne recevoir pour vrai que ce qui se présente clairement et distinctement, diviser les difficultés, conduire ses pensées du plus simple au plus composé, dénombrer sans rien omettre (Discours de la méthode, $1637$ ). Le concept le plus utile. Le mécanisme : la matière n'a d'autre propriété que l'étendue et le mouvement ; tout phénomène naturel s'explique par des figures et des chocs, sans qualité occulte ni fin poursuivie. La physique devient une géométrie en mouvement. La filiation. Il prolonge Galilée en le systématisant et il annonce le programme entier de la modernité technique lorsqu'il écrit, dans la sixième partie du Discours, qu'une telle science nous rendrait « comme maîtres et possesseurs de la nature » — formule que vous retrouverez au chapitre 7, et qui n'est pas un cri d'orgueil : la phrase complète parle de la conservation de la santé.

Attention

Quatre erreurs très fréquentes sur Galilée. Un, il n'a pas été torturé, ni brûlé : le procès de $1633$ s'achève par une abjuration et une résidence surveillée, à Sienne puis à Arcetri, où il écrit son meilleur livre. Celui qui a été brûlé, en $1600$ , est Giordano Bruno, et pour des thèses théologiques, non pour le seul copernicianisme. Deux, la phrase « et pourtant elle tourne » n'est attestée que plus d'un siècle après le procès : ne l'attribuez pas, ou dites que la tradition la rapporte. Trois, l'expérience des deux boules lâchées du haut de la tour de Pise n'est connue que par le récit de son disciple Viviani, écrit en $1654$ ; la physique de Galilée ne repose pas sur elle. Quatre, l'Église n'a pas condamné Copernic en $1543$ : Des révolutions des orbes célestes a paru librement et n'a été suspendu qu'en $1616$ , c'est-à-dire lorsque Galilée a soutenu que l'hypothèse était vraie, et non commode.

5.3 Une filiation, c'est-à-dire une suite de refus

Figure 3. Newton n'est l'héritier de personne : il est l'héritier de six refus. Chaque flèche porte le mot de ce qui passe, et aucune ne signifie « a continué ». Kepler garde de Copernic le Soleil au centre et jette les cercles ; Galilée reçoit une hypothèse de calcul et prétend la démontrer, ce qui lui coûtera son procès ; Newton prend à Descartes l'inertie rectiligne et rejette ses tourbillons de matière subtile. L'étiquette du bas est la plus instructive : ce qui passe de Bacon à Descartes n'est pas une doctrine, c'est un projet — refonder la méthode — que les deux hommes exécutent en sens contraires, l'un en montant des faits à la loi, l'autre en descendant du principe aux conséquences.

Auteur : Isaac Newton (1642–1727) — renoncer au pourquoi

Cambridge, Principes mathématiques de la philosophie naturelle ( $1687$ ), traduits en français par Émilie du Châtelet ( $1759$ ). La thèse. Une seule et même loi rend compte de la chute d'un corps et de l'orbite d'une planète : la coupure aristotélicienne entre le monde d'ici-bas et le monde d'en haut disparaît, et l'univers devient homogène. Le concept le plus utile. Le refus d'expliquer la cause de la gravitation : Newton donne sa loi et déclare, dans le scholie général ajouté en $1713$ , qu'il ne feint pas d'hypothèses sur sa nature. La science moderne accepte ainsi de décrire exactement ce qu'elle ne comprend pas — renoncement qui a scandalisé les cartésiens, pour qui une action à distance sans contact était une qualité occulte déguisée. La filiation. La formule qu'on lui prête, avoir vu plus loin en montant sur des épaules de géants, figure dans une lettre à Hooke de $1675$ ; elle n'est pas de lui : Jean de Salisbury l'attribuait déjà à Bernard de Chartres dans le Metalogicon ( $1159$ ). Une citation sur l'héritage qui est elle-même un héritage : l'exemple est trop beau pour ne pas s'en servir.

Figure 4. Une révolution de trois siècles. La frise dit ce qu'aucune liste ne dit : entre le livre imprimé et l'Encyclopédie, il s'écoule presque trois cents ans, et les deux moments qu'on associe spontanément — Copernic et Galilée — sont séparés de soixante-sept ans, soit deux générations. Le premier jalon n'est pas une coquetterie : sans l'imprimerie, une observation faite à Prague n'est pas vérifiable à Florence, et une table de mesures se recopie avec ses fautes. La science moderne suppose une technique de la copie exacte, ce qui devrait vous retenir de séparer trop vite la science et la technique.

5.4 Trois questions anciennes, deux régimes de réponse

Figure 5. La question ne change pas ; ce qui compte pour y répondre change. Le tableau met à l'épreuve, sur trois cas indépendants, le critère posé par la figure 1. La troisième ligne est la plus frappante et la moins connue : Harvey ne réfute pas Galien par une dissection de plus, il le réfute par un calcul. En estimant ce que le cœur chasse à chaque battement et en multipliant par le nombre de battements d'une heure, il obtient une masse de sang bien supérieure au poids du corps ; il est donc impossible que ce sang soit fabriqué puis consommé, il faut qu'il revienne. Voilà « mesurer plutôt que qualifier » : un chiffre a fait céder quatorze siècles d'autorité.

iRemarque

Le mot « révolution » est ici un piège de vocabulaire. Dans le titre de Copernic il désigne le retour périodique d'un astre à sa position — un tour complet, donc l'inverse d'une rupture. Le sens politique et historique de « bouleversement irréversible » ne s'impose qu'au XVIII^e siècle. Dire « la révolution scientifique » revient donc à plaquer sur le XVII^e siècle une catégorie qu'il ne possédait pas : commodité acceptable, à condition de la savoir.

5.5 Ce que la littérature en fait : l'élan et la satire

Auteur : François Rabelais (v. 1483–1553) — l'ivresse du savoir, et sa condition

Moine, médecin, humaniste, auteur de Pantagruel ( $1532$ ) et de Gargantua ( $1534$ ). La thèse. La lettre de Gargantua à son fils, au chapitre VIII de Pantagruel, est le manifeste de l'enthousiasme renaissant : les langues sont restaurées, les livres imprimés, le monde plein de gens savants, et l'on peut désormais tout apprendre. Mais elle s'achève sur un avertissement que le XVII^e siècle scientifique n'entendra guère : « science sans conscience n'est que ruine de l'âme ». Le concept le plus utile. L'idée que le savoir n'est pas neutre parce qu'il est cumulatif : ce qu'on apprend, on le transmet, donc on en répond. La filiation. Rabelais écrit onze ans avant Copernic, dans le même élan d'imprimerie et de retour aux textes ; il annonce la question que Bacon posera autrement — si savoir c'est pouvoir, sur qui s'exerce ce pouvoir ? — et que le chapitre 8 reprendra sous le nom d'idée de progrès.

Auteur : Jonathan Swift (1667–1745) — la contre-épreuve de la satire

Doyen de Saint-Patrick à Dublin, auteur des Voyages de Gulliver ( $1726$ ). La thèse. Le troisième voyage conduit Gulliver à Laputa, île volante peuplée de savants si absorbés par la géométrie et la musique qu'on doit les frapper d'une vessie pour qu'ils écoutent, et dont les tailleurs prennent les mesures au quadrant — de sorte que les habits ne vont jamais. À l'Académie de Lagado, on s'emploie à extraire des rayons de soleil des concombres et à reconstruire des maisons en commençant par le toit. Le concept le plus utile. La satire n'est pas une plaisanterie d'ignorant : elle isole un vice réel du savoir mathématisé, l'oubli de la fin. Une mesure exacte prise sur une mauvaise question donne un résultat exact et inutile. La filiation. Swift écrit trente-neuf ans après les Principia, au moment précis où la science newtonienne devient un modèle social ; il ouvre la longue série des œuvres qui prennent le progrès au mot pour l'éprouver, jusqu'à celles que vous verrez au chapitre 8.

Important

Comment se servir de Swift dans une dissertation. Ne l'utilisez pas comme un « argument contre la science » : ce serait lui prêter une thèse qu'il n'a pas, et un correcteur le verra. Utilisez-le comme une contre-épreuve du critère : si mesurer n'est légitime que pour autant qu'on ait bien choisi ce qu'on mesure, alors le choix de la grandeur reste un acte non scientifique — et c'est exactement là que la littérature garde un droit de regard. La même remarque vaut pour Rabelais : « conscience » n'y est pas l'ennemie de la « science », c'en est la condition d'usage.

Méthode : Traiter un sujet sur la science, la vérité ou la mesure

Refuser le récit de la lumière contre l'obscurité. « Les modernes ont enfin regardé les faits » est le plan que tout le monde fait ; il raconte une victoire au lieu de démontrer quelque chose, et il est faux, puisque Aristote observait et que Galilée se trompait. Commencez par établir que l'ancienne physique expliquait.
Poser le critère, et le poser tôt. Ce qui sépare les deux régimes n'est ni le sérieux ni la vérité : c'est la question posée, une nature contre une loi entre grandeurs (figure 1). Un devoir qui énonce son critère dès l'introduction se distingue immédiatement.
Éprouver le critère sur un cas qui résiste. Prenez Harvey (figure 5) : la médecine n'est pas mathématisable, et pourtant c'est un calcul de débit qui emporte la décision. Un critère qu'on n'a pas essayé de faire tomber ne vaut rien.
Conclure sur le prix payé. Mesurer fait gagner la réfutation et fait perdre le pourquoi : Newton donne la loi de la gravitation et refuse d'en dire la cause. Terminez là, non sur un éloge : la question devient alors « que reste-t-il à penser de ce que la science ne dit pas ? », et c'est le sujet du chapitre suivant.

Figure 6. Comment un texte argumenté est bâti, et comment on le lit. Ce schéma vaut pour toute explication de texte : repérer la thèse, repérer l'objection qu'elle doit affronter, repérer la réponse — et surtout repérer ce que la réponse a dû inventer pour tenir. Ici, l'objection de la tour est excellente, et elle a raison contre toute la physique disponible en $1632$ : dans le cadre aristotélicien, la pierre quittée par la tour n'a plus de raison de suivre la Terre. Galilée ne réfute pas l'objection par un fait, il la réfute en changeant de cadre. C'est la marque d'une réponse forte, et c'est ce qu'un correcteur attend qu'on sache repérer.

Exemple 5.5Pascal et la nouvelle règle de l'autorité

Le Traité du vide, dont il ne reste qu'une préface (écrite vers $1651$ , publiée après sa mort), fait un partage que la science moderne n'a plus quitté. En matière d'histoire, de langue, de théologie, l'autorité décide, car il s'agit de savoir ce qui a été dit ; en matière de physique, aucune autorité ne décide, car il s'agit de savoir ce qui est, et l'expérience seule y répond. Trois ans plus tôt, le $19$ septembre $1648$ , son beau-frère Périer avait porté un baromètre au sommet du Puy de Dôme : la colonne de mercure baisse avec l'altitude, donc c'est le poids de l'air qui la soutient, et non l'horreur du vide. Une expérience, une décision, la fin d'une question ouverte depuis Aristote.

Repère : Cinq dates à savoir situer

$1543$ — Copernic, Des révolutions des orbes célestes, et Vésale, La Fabrique du corps humain : la même année, le ciel et le corps cessent d'être ce qu'un livre ancien en disait.
$1610$ — Galilée, Le Messager des étoiles : les satellites de Jupiter, les montagnes de la Lune. Un instrument fait apparaître des faits que nul œil nu n'atteindra jamais — la science devient inséparable de sa technique.
$1620$ — Bacon, Novum Organum : le titre annonce qu'il s'agit de remplacer l'outil logique d'Aristote.
$1637$ — Descartes, Discours de la méthode, publié en français, ce qui est en soi un acte.
$1687$ — Newton, Principes mathématiques de la philosophie naturelle : une loi unique pour le ciel et pour la Terre.

iRemarque

Deux institutions manquent à cette liste et comptent autant que les livres : la Royal Society de Londres ( $1660$ ) et l'Académie des sciences de Paris ( $1666$ ). Elles inventent la publication, la vérification par les pairs et la correspondance savante — c'est-à-dire le fait que la preuve devienne publique. Une expérience que personne ne peut refaire n'est pas une preuve, et cette exigence-là n'est pas dans les têtes : elle est dans des statuts, des revues et des budgets.

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