Révolution copernicienne (livre)

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La révolution copernicienne : L’astronomie planétaire dans le développement de la pensée occidentale est un livre écrit par Thomas S. Kuhn et publié en 1957 par Harvard University Press.

Thomas S. Kuhn est l’auteur de la Structure des révolutions scientifiques (1962) qui a fait date, un livre qui inaugure une vision philosophique/sociologique novatrice sur la science et ses praticiens. Kuhn y introduit le concept de changement de paradigme, un changement soudain de perspective des membres d’une communauté scientifique qui se produit lors d’un changement révolutionnaire dans leur domaine. Il décrit les scientifiques travaillant pendant les périodes de science non révolutionnaire (« normale ») comme des personnes résolvant des sortes de puzzles qui ne sont pas sans rappeler les puzzles ou les mots croisés. Le lecteur qui s’attend à trouver dans la révolution copernicienne certains contours de la célèbre philosophie de Kuhn sera déçu. Les termes « paradigme » et « science normale » n’y apparaissent pas ; le livre est plus un ouvrage historique que philosophique.

La Révolution copernicienne, le first livre de Kuhn, est l’un des livres les plus vendus jamais écrits sur l’histoire des sciences. En 2003, l’édition de la Harvard University Press en était à sa 24e impression, et cela exclut l’édition Vintage Book. C’était l’une des first publications de Kuhn en histoire des sciences ; auparavant, il avait publié six articles dans ce domaine, sur la chimie du XVIIe siècle et sur le cycle de Carnot. Le livre avait pour origine des notes pour un cours de sciences à Harvard basé sur une approche historique. Le cours ne portait pas tellement sur la science elle-même, mais plutôt sur une compréhension de la science destinée à des étudiants extérieurs aux sciences. Cette origine du livre est importante pour comprendre le caractère du livre.

Par la « révolution copernicienne », Kuhn entend la période de l’histoire des sciences que l’on appelle plus communément « la révolution scientifique ». Cette période est nettement définie : elle commence avec la publication de l’ouvrage de Copernic, De Revolutionibus Orbium Coelestium, en 1543, et se termine avec l’apparition des Philosophiae Naturalis Principia Mathematica de Newton, en 1687. La seconde moitié de La révolution copernicienne de Kuhn couvre la période d’un siècle et demi après la mort de Copernic, tandis que la première moitié du livre traite de plus de deux mille ans de développement de la cosmologie pré-copernicienne.

Le présent article du Citizendium résume la révolution copernicienne et, ce faisant, il raconte l’histoire d’une des chaînes d’événements les plus fascinantes de l’histoire des sciences, vue à travers les yeux de Thomas Kuhn.

Contenu

Comme indiqué, Kuhn consacre la première moitié de son livre à la vision pré-copernicienne de l’homme sur l’univers. Son exposé commence avec les Égyptiens, passe par l’Antiquité, l’âge des ténèbres et le Moyen Âge tardif jusqu’à Copernic. Kuhn décrit la reconnaissance de la civilisation occidentale, qui s’éveille lentement, d’un cosmos qui semblait être constitué du Soleil, de la Lune, des planètes, des étoiles sur une sphère environnante et, bien sûr, de la Terre au centre de tout cela.

Lorsque Kuhn, au chapitre 5, discute des propres travaux de Copernic, il est remarquable qu’il se réfère à la découverte de ce dernier : le Soleil, et non la Terre, est le centre géométrique de l’Univers – comme l' »innovation » de Copernic et non comme sa « révolution ». On pourrait arguer que cela minimise l’importance de la contribution historique de Copernic à l’astronomie, mais c’est cohérent, car Kuhn préfère appeler l’ensemble de la période de 145 ans commençant en 1543 la « révolution copernicienne ». Néanmoins, le livre traite l’innovation de Copernic – le passage d’un univers géocentrique à un univers héliocentrique – comme un point crucial et charnière dans le développement de la cosmologie et de l’astronomie. Selon Kuhn, la révolution copernicienne n’a pas seulement été une révolution en astronomie, mais a également entraîné une révolution en science et en philosophie. Kuhn raconte comment la solution d’un astronome à un problème apparemment technique a fondamentalement modifié l’attitude des hommes face aux problèmes fondamentaux de la vie quotidienne. La révolution copernicienne, au sens où Kuhn l’entend, implique first une réforme des concepts fondamentaux de l’astronomie, deuxièmement une modification radicale des autres sciences rendue nécessaire par le mouvement de la Terre, et troisièmement un effet encore plus complet sur la philosophie, la religion et les valeurs résultant du fait de ne plus considérer la Terre comme le centre unique de la création de Dieu.

Chapitre 1 : L’univers antique à deux sphères

Le premier chapitre explique les cosmologies primitives des Égyptiens et des Babyloniens. Il traite d’une bonne partie de la théorie astronomique, comme le mouvement apparent du Soleil vu de la Terre ; il introduit des concepts comme l’écliptique, le solstice d’hiver/été et l’équinoxe vernal/automnal. Lorsque la culture grecque antique entre en scène, le plus ancien modèle cosmologique – ou plutôt le cadre d’une cosmologie, car les planètes doivent encore être placées à l’intérieur – est introduit : l' »Univers à deux sphères » (un terme inventé par Kuhn). Il consiste en une minuscule Terre sphérique et stationnaire au centre géométrique de la grande sphère en rotation (avec une fréquence de 24 heures) des étoiles (le Firmament). Kuhn soutient que l’idée que l’astronomie puisse fournir un modèle cosmologique est l’une des nouveautés les plus significatives et caractéristiques que nous avons héritées de la civilisation grecque antique.

Chapitre 2 : Le problème des planètes

Pour les Grecs et leurs successeurs, le Soleil et la Lune étaient deux des sept planètes. Kuhn décrit une image rudimentaire de l’univers qui est restée courante dans les livres élémentaires d’astronomie et de cosmologie jusqu’au début du XVIIe siècle, bien après la mort de Copernic. La Terre est au centre de la sphère stellaire qui délimite l’univers. De l’extérieur vers l’intérieur se trouvent les orbites de Saturne, Jupiter, Mars, le Soleil, Vénus, Mercure et la Lune. Le chapitre 2 détaille comment, dans un modèle plus raffiné, le mouvement rétrograde des planètes est expliqué par des épicycles, de petits cercles qui tournent uniformément autour d’un point situé sur la circonférence d’un second cercle tournant uniformément, le déférent. Cette cosmologie hellénistique a culminé dans l’Almageste de Ptolémée (vers 150 après J.-C.), un livre qui traite d’une théorie compliquée destinée à prédire les occurrences des planètes dans le ciel. Selon Kuhn, l’Almageste de Ptolémée était « le first traité mathématique systématique à donner un compte rendu complet, détaillé et quantitatif de tous les mouvements célestes. » En général, les mouvements planétaires dans l’Almageste sont composés d’épicycles avec des centres sur des déférents, mais Ptolémée a également introduit les équants. Un équant est un point par rapport auquel la rotation du déférent est uniforme, mais l’équant est décalé du centre du déférent, de sorte que la rotation du déférent vue de son centre n’est pas uniforme. L’aversion de Copernic pour les équants et le mouvement non-uniforme introduit par eux était l’une de ses principales motivations pour rechercher un meilleur modèle planétaire.

Chapitre 3 : L’univers à deux sphères dans la pensée aristotélicienne

Ce chapitre donne un compte rendu de la cosmologie et de la vision du monde aristotéliciennes. Selon Aristote (384-322 av. J.-C.) et ses successeurs, l’univers est fini et délimité par la sphère des étoiles et son intérieur est principalement rempli d’éther. Pour Aristote, la notion même de vide est absurde, l’espace et la matière sont inextricablement liés et l’univers doit donc être rempli de matière. Les planètes sont déplacées par des coquilles sphériques homocentriques constituées d’éther. (Plus tard, on a pensé que les coquilles étaient suffisamment épaisses pour contenir la déférence de la planète et ses épicycles). La face inférieure de l’enveloppe la plus interne – celle de la lune – divise l’univers en deux régions totalement disparates, remplies de différentes sortes de matière et soumises à différentes lois naturelles. La région terrestre, sublunaire, dans laquelle vit l’homme est remplie d’éléments : le feu, l’air, l’eau et la terre. C’est la région de la variété, du changement, de la naissance, de la mort, de la génération et de la corruption. Le mouvement de la coquille lunaire repousse continuellement les quatre éléments, qui ne peuvent donc jamais être observés dans leur forme pure. La région céleste, la lune et au-delà, en revanche, est éternelle et immuable ; elle se compose uniquement de l’élément aether, pur, transparent, sans poids et incorruptible.

Chapitre 4 : Refonte de la tradition : Aristote aux coperniciens

Le chapitre 4 décrit la période entre Ptolémée et Copernic. Au début de cette période, l’Europe occidentale a perdu la plupart des connaissances antiques avec la chute (476) de l’Empire romain d’Occident. Les Chaliphates islamiques et, dans une moindre mesure, l’empire byzantin sont devenus les gardiens et les conservateurs de ce savoir. Pendant l’âge des ténèbres (qui a duré jusqu’à environ 1000 après J.-C.), même le fait que la terre soit sphérique a été oublié. Au début du 4e siècle, Lactance a ridiculisé le concept de la terre sphérique. Au milieu du 6e siècle, Kosmas, un moine alexandrin, a dérivé une cosmologie chrétienne de la Bible. Son univers avait la forme du tabernacle que le Seigneur avait demandé à Moïse de construire. Cependant, comme le souligne Kuhn, ces cosmologies ne sont jamais devenues une doctrine officielle de l’Église.

Au 11ème et 12ème siècle, certaines des connaissances anciennes ont été redécouvertes, d’abord via le califat de Cordoue en Espagne. Durant cette période, des tables astronomiques ont été importées de Tolède (le centre d’apprentissage du califat de Cordoue) et l’Almageste de Ptolémée ainsi que la plupart des écrits astronomiques et physiques d’Aristote ont été traduits de l’arabe au latin. C’est à cette époque qu’est né l’engouement des Européens pour la « sagesse antique » et le « Philosophe » (Aristote). Au départ, l’Église catholique considérait la science antique redécouverte comme païenne, mais des scolastiques comme saint Thomas d’Aquin (1225-1274) ont réussi à concilier le savoir aristotélicien avec la doctrine chrétienne et sa combinaison est devenue la vision chrétienne du monde qui englobe tout.

Dans ce climat intellectuel, il n’y aurait pas eu de place pour un Copernic qui aurait posé un modèle héliocentrique. Cependant, comme nous le verrons dans la seconde moitié du chapitre, plus tard au Moyen Âge, certaines critiques contre la vision du monde d’Aristote ont été exprimées. Dans l’école nominaliste parisienne, Nicole Oresme (d. 1382) a déchiré quelques déchirures dans le tissu de la pensée aristotélicienne. Mais, quelles que soient les objections hypothétiques que ces critiques scolastiques ont pu soulever à l’encontre de la cosmologie aristotélicienne, concernant la position centrale et l’immobilité de la terre, la mobilité et la dimension finie de la sphère stellaire, bien plus souvent qu’autrement, ils ont trouvé de très bonnes raisons de réfuter leurs propres objections et de conclure qu’Aristote avait raison après tout.

Les explorations et les voyages de la Renaissance (le premier atterrissage de Christophe Colomb en Amérique a eu lieu alors que Copernic avait 19 ans) ont soulevé de nouvelles questions et donné l’exemple pour d’autres innovations. Les anciennes techniques de calcul astronomique se sont révélées faillibles, comme l’ont clairement mis en évidence les erreurs cumulées du calendrier julien. On a découvert à quel point Ptolémée s’était trompé en tant que géographe. Comparée au tumulte politique associé aux réformes religieuses de Luther et Calvin, une innovation en astronomie semblait un événement négligeable. Tout cela a donné plus de liberté de pensée et préparé un climat intellectuel qui a permis l’innovation de Copernic.

Des aspects plus intellectuels de la Renaissance ont également joué un rôle. L’humanisme, le mouvement savant dominant de l’époque, était dogmatiquement anti-aristotélicien, et sa critique a facilité la rupture des scientifiques avec les racines d’Aristote. En outre, la perspective néoplatonicienne des humanistes, avec son goût esthétique pour les mathématiques pures, a créé l’atmosphère qui a inculqué à Copernic son aversion pour le mouvement non uniforme des planètes que Ptolémée avait introduit en utilisant des équations.

Chapitre 5 : L’innovation de Copernic

Comme on le sait, l’innovation de Copernic, décrite en détail au chapitre 5, consiste en deux étapes. Premièrement, la Terre, toujours au centre de la sphère stellaire, est supposée effectuer une rotation diurne (24 heures) autour de son axe. Cela explique la rotation diurne apparente du Soleil et des étoiles. Une fois l’étape d’une Terre en mouvement franchie, l’étape suivante, la mise en orbite de la Terre autour du Soleil, est conceptuellement plus facile. Kuhn explique que ces deux étapes (voir l’article écliptique pour les diagrammes) ne sont pas très conséquentes pour la compréhension du mouvement apparent quotidien et annuel du Soleil. La deuxième étape, cependant, le remplacement d’un système géocentrique par un système héliocentrique, a des conséquences importantes pour la compréhension du mouvement des planètes. En particulier, le mouvement rétrograde des planètes devient un phénomène plus élégamment expliqué, et donc beaucoup plus facile à comprendre. Il est intéressant de noter que Copernic connaissait le modèle d’Aristarque (vers 310-230 av. J.-C.) qui supposait également que la Terre tournait autour du soleil. (Il faut mentionner entre parenthèses que Copernic a introduit un troisième mouvement. Il a supposé que la direction de l’axe de la Terre changeait au cours de son orbite annuelle, alors qu’en réalité, elle fait un angle constant avec l’écliptique invariant. Par conséquent, Copernic a dû introduire un mouvement annuel conique supplémentaire pour donner à l’axe de la Terre sa direction constante dans l’espace.)

Copernic a adhéré aussi étroitement qu’il le pouvait aux idées classiques de Ptolémée. Il fondait toujours sa théorie sur un univers fini délimité par la sphère des étoiles et croyait également que le mouvement des planètes devait être composé de cercles parfaits et que les mouvements étaient uniformes. Il considérait son élimination des équants (qui induisent des mouvements non uniformes) comme l’une de ses plus importantes contributions à l’astronomie mathématique. En raison de son adhésion à Ptolémée, Kuhn affirme que le De Revolutionibus n’est pas un texte révolutionnaire mais plutôt un texte révolutionnaire. Le but de Copernic n’était pas de donner au monde une nouvelle cosmologie, mais de résoudre les défauts techniques qu’il percevait dans l’astronomie ptolémaïque. Selon Kuhn, l’œuvre de Copernic consiste en une astronomie planétaire technique assez étroite, et non en une cosmologie ou une philosophie.

Depuis les travaux de Kepler (vers 1610), on sait que les orbites planétaires sont elliptiques plutôt que circulaires et il n’est donc pas surprenant que le modèle simple de Copernic basé sur des orbites circulaires ne soit que qualitativement correct. Afin d’obtenir des résultats quantitatifs, Copernic a été contraint d’introduire des épicycles, bien que moins nombreux que ceux appliqués par Ptolémée. Malgré cela, les prédictions de Copernic sur les positions planétaires étaient aussi précises que celles de Ptolémée, pas meilleures.

Chapitre 6 : L’assimilation de l’astronomie copernicienne

Les astronomes professionnels ont été les premiers à accepter le système héliocentrique. Certains d’entre eux l’ont accepté comme un modèle de calcul et ont gardé le silence sur sa réalité. Par exemple, Erasmus Reinhold (1511-1553) a publié en 1551 un nouvel ensemble complet de tables astronomiques (les tables de Prutenic, du nom du duc de Prusse) qui étaient calculées par les méthodes de Copernic. Mais Reinhold ne s’est pas prononcé en faveur du mouvement de la Terre. Georg Joachim Rheticus (1514-1576) a publié une défense du système en 1540 avant même la parution du De Revolutionibus. Michael Maestlin (1550-1631), lui aussi, était d’accord pour dire que la Terre tournait autour du Soleil.

Cependant, les chefs religieux – pour autant qu’ils en aient eu connaissance – se sont opposés au nouveau modèle, car ils le voyaient en contradiction flagrante avec les Écritures. L’Eglise catholique n’a pris pleinement conscience de la doctrine de Copernic qu’après que Galilée ait commencé à la propager en Italie après 1610 et qu’elle ait été placée à l’Index (liste des livres interdits par l’Eglise catholique) en 1616. Pour le grand public, il allait de soi que la terre ne bougeait pas, et pendant près d’un siècle après Copernic, il a été très difficile de convaincre quiconque que le résultat du mouvement de la terre ne serait pas catastrophique.

Tycho Brahe (1546-1601), le plus grand astronome à l’œil nu de l’histoire, n’a pas suivi Copernic, mais a développé son propre système hybride (« Tychonique ») qui avait la Terre au repos au centre d’une sphère stellaire en rotation et les planètes en orbite autour du Soleil. Le Soleil et la Lune tournaient autour de la Terre, comme dans le système ptolémaïque. Le jeune collègue de Brahe, Johannes Kepler (1571-1630), a été éduqué comme un copernicien par son professeur Maestlin et l’est resté toute sa vie. Kepler a révisé le système d’une manière très fondamentale. Il a écarté toutes les épicycles et a laissé la Terre et les autres planètes tourner autour du Soleil stationnaire sur des orbites elliptiques. Son ouvrage, les Tables Rudolphes (1627), dérivé de sa nouvelle théorie et basé sur les superbes observations de Brahe, était supérieur à toutes les tables astronomiques utilisées auparavant. Kepler avait, comme le dit Kuhn, résolu le problème des planètes.

Le copernicien le plus célèbre de l’histoire, sans doute, est Galilée (1564-1642). Il a été le premier astronome à utiliser le télescope. Son travail, cependant, était principalement une opération de nettoyage menée après que la victoire du modèle héliocentrique ait été clairement en vue. Galilée observe à la surface de la Lune des vallées et des montagnes et constate que la planète Jupiter a des satellites. Ces deux faits ne prouvaient rien quant à la validité du modèle copernicien, mais avaient un grand impact psychologique car ils montraient que les cieux n’étaient pas aussi majestueux qu’on l’avait toujours cru ; ils ressemblaient aux régions sublunaires du cosmos. Galilée découvre également les taches solaires et constate que le Firmament contient beaucoup plus d’étoiles que celles visibles à l’œil nu. Un soutien définitif à la théorie de Copernic a été donné par la découverte par Galilée des phases de Vénus. Avec un télescope, on peut voir que Vénus est parfois « nouvelle », comme la nouvelle Lune, et parfois « pleine », comme la pleine Lune. Cela ne peut se produire que si Vénus tourne autour du Soleil sur une orbite qui se trouve dans l’orbite de la Terre, ce qui était l’une des prédictions faites par Copernic et maintenant prouvée de façon convaincante par Galilée.

Kuhn décrit comment, dans la seconde moitié du 17ème siècle, tous les astronomes professionnels ont adhéré au modèle héliocentrique, malgré la résistance de l’église catholique. Il a fallu la majeure partie du XVIIIe siècle pour que le grand public se convertisse à la nouvelle vision du monde. Bien que, aussi tard qu’en 1873, un ex-président d’un collège d’enseignants américain ait publié un ouvrage condamnant Copernic, Newton et beaucoup d’autres astronomes distingués pour avoir divergé de la cosmologie scripturale.

Chapitre 7 : Le nouvel univers

Avant que la nouvelle vision du monde puisse être largement acceptée, il fallait répondre à des questions comme : Pourquoi les corps lourds tombent-ils vers la surface de la Terre qui tourne ? A quelle distance se trouvent les étoiles ? Qu’est-ce qui fait bouger les planètes maintenant que les sphères aristotéliciennes ne sont plus là pour les propulser ? Qu’est-ce qui maintient les planètes en orbite ? Nombre de ces questions trouvent des réponses dans les Principia d’Isaac Newton (1687) qui décrivent un cosmos infini dans lequel les planètes et les étoiles s’attirent avec une force proportionnelle à leur masse. La plupart des histoires de l’astronomie planétaire vont donc de Kepler et Galilée directement à Newton. Cependant, Kuhn fait un détour par l’atomisme et la théorie des tourbillons de Descartes.

Kuhn commence le chapitre 7 en rendant plausible qu’une fois que la sphère stellaire a perdu son rôle de moteur premier des sphères planétaires (les  » cieux  » de la cosmologie aristotélicienne), le pas conceptuel vers un univers infini sans limites n’est pas très grand. Kuhn raconte que dès 1576, le copernicien anglais Thomas Digges a introduit l’idée d’un univers infini dans une paraphrase autrement simple du De Revolutionibus.

Remarquant que le copernicanisme et l’atomisme semblent à première vue des doctrines totalement sans rapport, Kuhn poursuit en expliquant que les atomistes avaient besoin d’un vide infini pour que leurs corpuscules puissent s’y déplacer. Si l’on part du principe que le copernicanisme implique un univers infini, les deux doctrines ne sont pas aussi éloignées l’une de l’autre qu’il n’y paraît. Le philosophe naturel le plus influent de la première moitié du 17e siècle, Descartes, pensait que toutes les forces étaient transmises par des collisions avec des corpuscules. Il a donné le premier énoncé clair de la loi du mouvement inertiel : un corpuscule en mouvement continuera à se déplacer à la même vitesse en ligne droite, sauf s’il entre en collision avec une autre particule. Descartes pensait que, par les collisions, les corpuscules s’organisent en de vastes circulations (« tourbillons »), et que ces tourbillons entraînent les planètes autour du Soleil. Descartes supprima explicitement de la philosophie naturelle la dichotomie entre les lois célestes et terrestres qui avait été introduite par Aristote deux mille ans plus tôt.

En 1666, très influencé par Descartes, Robert Hooke a formulé une théorie pour le mouvement planétaire qui était basée sur l’inertie et l’équivalence des lois célestes et terrestres. Une planète en mouvement devrait se déplacer uniformément en ligne droite, écrit-il, mais comme nous savons que son orbite tourne autour du Soleil, il doit exister une force d’attraction entre le Soleil et la planète. Bien qu’il pense que l’intensité de cette force diminue avec l’augmentation de la distance entre le Soleil et la planète, il ne sait pas comment générer une ellipse de Kepler à partir de cette force. Ce travail a été laissé à Newton. Newton a prouvé à peu près à la même époque qu’une particule ponctuelle décrit une ellipse lorsqu’un corps immobile l’attire avec une force inversement proportionnelle à la distance. Le corps lourd se trouve dans l’un des deux foyers de l’ellipse. Cependant, la Terre n’est pas une particule ponctuelle. En 1685, Newton a prouvé que tous les corpuscules de la Terre peuvent être traités comme s’ils étaient situés au centre de la Terre. Les lois de Kepler étaient enfin expliquées comme l’attraction innée entre les corpuscules fondamentaux constituant les planètes et les étoiles. Deux ans plus tard paraissaient les Principes mathématiques de la philosophie naturelle de Newton et la révolution copernicienne était achevée.

Notes

1. Sauf que « paradigme » apparaît dans la préface (p. ix) et à la p. 222, aux deux endroits dans son sens conventionnel.
2. N. M. Swerdlow, An Essay on Thomas Kuhn’s First Scientific Revolution, The Copernican Revolution, Proceedings of the American Philosophical Society, vol 148, pp. 64-120 (2004)
3. Kuhn orthographie Coelestium par Caelestium, qui est l’orthographe latine la plus courante. Cependant, les frontispices originaux donnent Cœlestium.
4. Swerdlow loc. cit. n’est pas d’accord pour dire que l’humanisme néoplatonicien était pertinent pour la motivation de Copernic.
5. Kuhn s’appuie en ce qui concerne l’opinion des leaders protestants du 16ème siècle, Luther, Melanchthon et Calvin sur le travail de A. D. White : A History of the Warfare of Science with Theology in Christendom, Appleton, New York, (1896). O. Gingerich (2004), loc. cit. a donné les raisons pour lesquelles l’ouvrage de White n’est peut-être pas complètement fiable sur ce point.
6. Kuhn ne mentionne pas que le livre a été admis quatre ans plus tard mais avec une liste de corrigenda ajoutée. Les corrections portaient toutes sur la réalité, par opposition à la commodité de calcul, du modèle.