[copernic #2] Le pivot copernicien


On présente parfois Copernic comme un grand visionnaire qui aurait bouleversé notre vision du cosmos, en remplaçant une Terre centrale et immobile par une Terre animée d'un mouvement de révolution autour du Soleil, central et immobile. Sans vouloir diminuer le rôle qu'a joué la publication du « De Revolutionibus » en 1543 dans l'évolution des sciences, de notre vision du cosmos et même de la place de l'homme dans ce cosmos, je voudrais ici revenir sur quelques points que je n'ai compris que tardivement, en particulier sur la façon dont cette œuvre s'inscrit dans la tradition passée, dans l'astronomie médiévale qu'elle aurait révolutionné.

Avant Copernic, c'est le point de vue ptoléméen qui est adopté pour décrire le mouvement des astres (étoiles, planètes, Lune et Soleil) : la Terre est au centre de l'Univers, entourée d'une grande sphère céleste contenant les étoiles (cette sphère tourne sur elle-même) et de la Lune, du Soleil et des planètes, tournant sur des cercles (épicycles) dont les centres tournent eux-même sur des cercles (déférents), ces derniers n'étant pas exactement centrés sur la Terre (excentricité). Un des apports de Ptolémée fut d'introduire la notion que certains cercles étaient décrits avec une vitesse qui n'était pas constante (ce n'est que vu depuis un point particulier, l'équant, distinct du centre du cercle, que le mouvement paraissait régulier). Plus d'un millénaire d'astronomie ont affiné cette vision, sans la remettre en cause.

Tous les historiens des sciences s'accordent sur le fait qu'on sait peu de choses sur les motivations de Copernic, mais la plupart mettent en avant le désir fort de se débarrasser de cet équant qu'il jugeait abominable, de refonder l'astronomie sur des mouvements circulaires uniformes. En ce sens, cette motivation ressemble davantage à un pas en arrière qu'à une révolution. On tombe là sur un premier paradoxe : c'est la recherche de mouvements « parfaits » et non des causes physiques qui pousse Copernic à placer le Soleil près du centre de son système [1], ce qui permettra à Kepler, quelques décennies plus tard, de remplacer les orbites circulaires par des ellipses et complètement ruiner la perfection géométrique revendiquée par Copernic. Second paradoxe : à première vue ces astronomes (Ptolémée, Copernic et tous ceux de l'intervalle) se préoccupaient peu de physique, s'intéressant essentiellement à la description du mouvement des astres et non à leur cause, au sens où on l'entend aujourd'hui. Or c'est loin d'être le cas : Ptolémée a explicitement considéré l'hypothèse que le mouvement apparent des étoiles pourrait être dû à la rotation de la Terre sur elle-même et non à celui de la sphère céleste, avant de l'écarter sur la base d'une discussion physique (fausse selon les critères modernes). Ces arguments ont ensuite été contredits à plusieurs reprises et Copernic résume dans son ouvrage l'ensemble de ces contre-arguments. Toutefois, il est remarquable qu'une partie de l'opposition entre ces modèles cosmologiques (on peut y ajouter celui de Tycho Brahe) repose sur ce qu'on considérerait aujourd'hui comme un malentendu : il est vain de chercher à savoir qui, de la Terre ou du Soleil, est immobile car l'immobilité est une notion relative. Cette notion de relativité sera mieux comprise au siècle suivant, à partir de Galilée.

Le modèle de Copernic n'a pas franchement simplifié la description des mouvements célestes, d'un point de vue technique : il comprenait au moins autant d'épicycles et de déférents que celui de Ptolémée et les calculs proposés dans le « De Revolutionibus » sont complexes. Il faudra attendre que d'autres astronomes simplifient l'exposé et établissent des tables astronomiques, pour que des éphémérides puissent être établis, avec un pouvoir prédictif qui ne surpasse pas spectaculairement celui des éphémérides ptoléméens (contrairement à ceux établis après la révolution képlérienne). En revanche, ce que fournit le modèle de Copernic, et c'est une avancée majeure, c'est l'ordre des planètes et la taille relative de leurs orbites, des quantités totalement arbitraires dans la vision ptoléméenne. Cette propriété sera cruciale pour Kepler.

Un pied dans le Moyen Âge, un autre dans un futur dont il ne verra même pas les promesses, Copernic a révolutionné l'astronomie sans révolutionner la physique : il a fourni un pivot sur lequel celle-ci a pu basculer et se reconstruire. Il faudra attendre Kepler pour que cesse l'obsession du cercle [2] (Kepler les remplacera tout d'abord par d'autres obsessions géométriques, des polyèdres), Galilée pour que germe l'idée de relativité du mouvement puis Newton pour que les trajectoires des planètes soient étudiés en terme de gravitation, de forces, et non pas de figures géométriques ayant tel ou tel mérite de perfection. C'est alors seulement que prend fin la science médiévale.

Notes

[1] Plus précisément, le centre du monde copernicien est le centre du cercle décrit par la Terre. Le Soleil est situé à 1/25 d'unité astronomique, pour donner la valeur dans une unité moderne, ce qui est effectivement une valeur acceptable pour l'excentricité de l'orbite terrestre.

[2] C'est l'expression utilisée par Kœstler dans « Les Somnambules »


6 commentaires pour “[copernic #2] Le pivot copernicien”

  1. George Brige Répondre | Permalink

    Bonjour
    Je me permets de vous signaler une erreur (de frappe sans doute ). Dans la phrase: "il comprenait au moins autant d'épicycles et de déférents que celui de Copernic ", il faut lire Ptolémée.
    Merci pour vos textes toujours intéressants. Une question: quand allez-vous reprendre votre cours d'histoire de la cosmologie?

  2. Richard Taillet Répondre | Permalink

    Bonjour et merci pour la remarque sur la coquille ! Pour les cours de cosmologie, je vais reprendre une vague de tournages à la mi-mars, ce qui veut dire de nouveaux épisodes (a priori 4) fin mars, puis une reprise plus régulière, à un rythme que j'espère mensuel. Merci pour votre intérêt en tout cas ! :)

  3. Numz Répondre | Permalink

    En parlant du cours de cosmologie (pas celui sur l'histoire de la cosmo) j'aimerais connaître les références du morceau utilisé pour le générique que je trouve super adapté au sujet.
    N'ayant pas de compte youtube je n'ai jamais eu l'occasion de vous laisser de message d'encouragement au sujet de la diffusion de vos cours donc j'en profite pour le faire ici. Vous redonnez à internet son rôle initial qui est celui de transmettre.
    Et que dire du quart d'heure insolite où vous allez vraiment prendre les gens par la main. En particulier celui sur la gravitation et sa conclusion sur la science, la connaissance et les réactions des gens face aux erreurs d'autrui.
    Voilà, c'était la séquence cirage de pompes mais quand les choses vont à ce point dans le bon sens il faut quand même le dire.

  4. Nicolas Duboc Répondre | Permalink

    Une petite erreur dans le texte : "il comprenait au moins autant d'épicycles et de déférents que celui de *Ptolémée* (et non Copernic bien sûr).

    J'en profite pour vous remercier pour vos efforts de partage de vos cours en vidéo et pour leur qualité. J'ai adoré la série sur la relativité restreinte et celle sur l'histoire de la cosmologie. Beaucoup de pédagogie et une passion évidente pour la physique qui est communicative.

  5. Nicolas Duboc Répondre | Permalink

    Oups, on dirait que le cache de mon browser web m'a joué des tours. Je n'avais pas vu le commentaire précédent et la correction de la coquille.

  6. demigny Répondre | Permalink

    Bonjour,
    Superbe série d'articles !
    Je me pose régulièrement des questions sur cette partie de l'histoire et j'avoue avoir beaucoup de mal à distinguer les faits rapportés dans les manuels et ce qui s'est réellement passé... (aussi merci pour vos cours d'histoire de la cosmologie qui m'éclairent grandement).

    J'ai besoin de clarifications:

    <>

    Dois-je comprendre que les jolies représentations avec le Soleil au centre et les planètes décrivant de belles trajectoires circulaires, c'est du flan ? (c.f. les illustrations de "De Revolutionibus").
    Si oui, que représentent ces cercles ? Les déférents des épicycles des planètes ?

    Merci.

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