Une histoire de la physique de la Grèce antique

Dans les temps anciens, l'étude systématique des lois fondamentales de la nature n'était pas une préoccupation majeure. Le souci restait vivant. La science, telle qu'elle existait à l'époque, consistait principalement en agriculture et, éventuellement, en ingénierie pour améliorer la vie quotidienne des sociétés en croissance. La navigation d'un navire, par exemple, utilise la traînée d'air, le même principe qui maintient un avion en altitude. Les anciens ont pu comprendre comment construire et exploiter des voiliers sans règles précises pour ce principe.

Les anciens sont peut-être mieux connus pour leur astronomie, qui continue de nous influencer fortement aujourd'hui. Ils ont régulièrement observé les cieux, que l'on croyait être un royaume divin avec la Terre en son centre. Il était certainement évident pour tout le monde que le soleil, la lune et les étoiles se déplaçaient à travers le ciel de façon régulière, et on ne sait pas si un penseur documenté du monde antique a pensé remettre en question ce géocentrique point de vue. Quoi qu'il en soit, les humains ont commencé à identifier les constellations dans les cieux et ont utilisé ces signes du zodiaque pour définir les calendriers et les saisons.

Les mathématiques se sont développées d'abord au Moyen-Orient, bien que les origines précises varient en fonction de l'historien auquel on parle. Il est presque certain que l'origine des mathématiques était pour la simple tenue de documents dans le commerce et le gouvernement.

L'Égypte a fait de grands progrès dans le développement de la géométrie de base, en raison de la nécessité de définir clairement le territoire agricole suite aux inondations annuelles du Nil. La géométrie a également rapidement trouvé des applications en astronomie.

Comme le Civilisation grecque surgit, cependant, il y eut finalement assez de stabilité - malgré le fait qu'il y avait encore des guerres fréquentes - pour naissent une aristocratie intellectuelle, une intelligentsia, qui a pu se consacrer à l'étude systématique de ces importe. Euclide et Pythagore ne sont que quelques-uns des noms qui résonnent à travers les âges dans le développement des mathématiques de cette période.

Dans les sciences physiques, il y a eu aussi des développements. Leucippus (Ve siècle avant notre ère) a refusé d'accepter les anciennes explications surnaturelles de la nature et a proclamé catégoriquement que chaque événement avait une cause naturelle. Son élève, Démocrite, a poursuivi ce concept. Tous deux étaient partisans d'un concept selon lequel toute la matière est composée de minuscules particules qui étaient si petites qu'elles ne pouvaient pas être brisées. Ces particules étaient appelées atomes, d'un mot grec pour «indivisible». Ce serait deux millénaires avant que les vues atomistiques ne gagnent du terrain et encore plus longtemps avant qu'il n'y ait des preuves spéculation.

Pendant que son mentor Platon (et le sien mentor, Socrate) était beaucoup plus concerné par la philosophie morale, la philosophie d'Aristote (384 - 322 avant notre ère) avait des fondements plus laïques. Il a promu le concept selon lequel l'observation des phénomènes physiques pourrait finalement conduire à la découverte de lois naturelles régissant ces phénomènes, bien que contrairement à Leucippe et Démocrite, Aristote croyait que ces lois naturelles étaient, en fin de compte, divines dans la nature.

C'était une philosophie naturelle, une science observationnelle basée sur la raison mais sans expérimentation. Il a été à juste titre critiqué pour son manque de rigueur (sinon la négligence pure et simple) dans ses observations. Pour un exemple flagrant, il déclare que les hommes ont plus de dents que les femmes, ce qui n'est certainement pas vrai.

C'était quand même un pas dans la bonne direction.

Un des intérêts d'Aristote était le mouvement des objets:

• Pourquoi un rocher tombe-t-il alors que la fumée monte?
• Pourquoi l'eau coule-elle vers le bas tandis que les flammes dansent dans l'air?
• Pourquoi les planètes se déplacent-elles dans le ciel?

Il a expliqué cela en disant que toute matière est composée de cinq éléments:

• Feu
• Terre
• Air
• Eau
• Éther (substance divine des cieux)

Les quatre éléments de ce monde s'échangent et sont liés les uns aux autres, tandis que l'Éther était un type de substance entièrement différent. Ces éléments terrestres avaient chacun des royaumes naturels. Par exemple, nous existons là où le royaume de la Terre (le sol sous nos pieds) rencontre le royaume de l'Air (l'air tout autour de nous et aussi haut que nous pouvons le voir).

L'état naturel des objets, pour Aristote, était au repos, dans un lieu en équilibre avec les éléments qui les composaient. Le mouvement des objets était donc une tentative de l'objet d'atteindre son état naturel. Un rocher tombe parce que le royaume de la Terre est en panne. L'eau coule vers le bas parce que son royaume naturel est sous le royaume de la Terre. La fumée s'élève parce qu'elle est composée à la fois d'air et de feu, elle essaie donc d'atteindre le royaume du feu élevé, c'est pourquoi les flammes s'étendent vers le haut.

Aristote n'a pas tenté de décrire mathématiquement la réalité qu'il a observée. Bien qu'il ait formalisé Logic, il considérait les mathématiques et le monde naturel comme fondamentalement sans rapport. Selon lui, les mathématiques se préoccupaient des objets immuables qui manquaient de réalité, tandis que sa philosophie naturelle se concentrait sur le changement d'objets avec une réalité qui leur était propre.

En plus de ce travail sur l'impulsion ou le mouvement des objets, Aristote a fait des études approfondies dans d'autres domaines:

• créé un système de classification, divisant les animaux ayant des caractéristiques similaires en «genres».
• a étudié, dans son ouvrage Météorologie, la nature non seulement des conditions météorologiques mais aussi la géologie et l'histoire naturelle.
• formalisé le système mathématique appelé Logic.
• un vaste travail philosophique sur la nature de la relation de l'homme au divin, ainsi que des considérations éthiques

Le travail d'Aristote a été redécouvert par des érudits au Moyen Âge et il a été proclamé le plus grand penseur du monde antique. Ses vues sont devenues le fondement philosophique de l'Église catholique (dans les cas où il n'a pas directement contredire la Bible) et dans les siècles à venir, des observations non conformes à Aristote ont été dénoncées hérétique. C'est l'une des plus grandes ironies qu'un tel partisan de la science observationnelle serait utilisé pour empêcher un tel travail à l'avenir.

Archimède (287 - 212 B.C.E.) est surtout connu pour l'histoire classique de la façon dont il a découvert les principes de densité et de flottabilité en prenant un bain, le faisant immédiatement courir dans les rues de Syracuse en criant "Eureka!" (ce qui se traduit en gros par "j'ai trouvé il!"). En outre, il est connu pour de nombreux autres exploits importants:

• décrit les principes mathématiques du levier, l'une des plus anciennes machines
• créé des systèmes de poulies élaborés, qui auraient pu déplacer un navire de grande taille en tirant sur une seule corde
• défini le concept du centre de gravité
• créé le domaine de la statique, en utilisant la géométrie grecque pour trouver des états d'équilibre pour des objets qui seraient éprouvants pour les physiciens modernes
• réputé pour avoir construit de nombreuses inventions, y compris une "vis à eau" pour l'irrigation et des machines de guerre qui ont aidé Syracuse contre Rome dans la première guerre punique. Il est attribué par certains à avoir inventé l'odomètre pendant ce temps, bien que cela n'ait pas été prouvé.

Mais la plus grande réussite d'Archimède a peut-être été de concilier la grande erreur d'Aristote de séparer les mathématiques de la nature. En tant que premier physicien mathématique, il a montré que les mathématiques détaillées pouvaient être appliquées avec créativité et imagination pour des résultats à la fois théoriques et pratiques.

Hipparque (190-120 avant notre ère) est né en Turquie, bien qu'il soit grec. Il est considéré par beaucoup comme le plus grand astronome d'observation de la Grèce antique. Avec les tables trigonométriques qu'il a développées, il a appliqué la géométrie rigoureusement à l'étude de l'astronomie et a pu prédire les éclipses solaires. Il a également étudié le mouvement du soleil et de la lune, calculant avec plus de précision que tout autre avant lui leur distance, leur taille et leur parallaxe. Pour l'aider dans ce travail, il a amélioré de nombreux outils utilisés dans les observations à l'œil nu de l'époque. Les mathématiques utilisées indiquent qu'Hipparque a peut-être étudié les mathématiques babyloniennes et a été chargé d'apporter une partie de ces connaissances en Grèce.

Hipparque est réputé avoir écrit quatorze livres, mais le seul ouvrage direct qui reste était un commentaire sur un poème astronomique populaire. Les histoires racontent qu'Hipparque a calculé la circonférence de la Terre, mais cela est contesté.

Le dernier grand astronome du monde antique était Claudius Ptolemaeus (connu sous le nom de Ptolémée pour la postérité). Au deuxième siècle de notre ère, il a écrit un résumé de l'astronomie ancienne (emprunté fortement à Hipparchus - c'est notre principale source de connaissance d'Hipparchus) qui est devenu connu partout Arabia as Almagest (le meilleur). Il a formellement décrit le modèle géocentrique de l'univers, décrivant une série de cercles et sphères concentriques sur lesquels d'autres planètes se sont déplacées. Les combinaisons devaient être extrêmement compliquées pour tenir compte des mouvements observés, mais son travail était suffisamment adéquat que pendant quatorze siècles, il a été considéré comme la déclaration complète sur céleste mouvement.

Avec la chute de Rome, cependant, la stabilité qui soutient une telle innovation s'est éteinte dans le monde européen. Une grande partie des connaissances acquises par le monde antique ont été perdues pendant l'âge des ténèbres. Par exemple, sur les 150 œuvres aristotéliciennes réputées, seulement 30 existent aujourd'hui, et certaines d'entre elles ne sont guère plus que des notes de cours. À cette époque, la découverte de la connaissance appartiendrait à l'Est: à la Chine et au Moyen-Orient.