La chute d’Aristote / Jusqu’à preuve du contraire (2)

En 1590, Galilée affirme que la chute d’un corps ne dépend pas de son poids.

On a tendance à la prendre à la légère, sinon à l’oublier coupablement, la gravité est le phénomène physique premier auquel un corps est le plus souvent soumis.

C’est elle qui permet à l’être humain en quête d’absolu de rester les pieds sur terre. C’est bien depuis le plancher des vaches qu’au IVe siècle avant Jésus-Christ, Aristote avait cru pouvoir énoncer la vérité scientifique capable d’expliquer pourquoi et comment les corps se meuvent et tombent.

Il affirmait que la vitesse de la chute d’un objet augmente avec son poids. Il aura fallu attendre près de deux millénaires pour qu’une autre vérité vienne corriger l’erreur.

En 1583, dans la cathédrale de Pise, le jeune Galileo Galilei, 19 ans, fit en pleine messe une première découverte sur la mécanique des corps. Le jeune homme observait les oscillations du lustre qui pendait dans l’édifice lorsqu’il constata que, peu importe leur amplitude, les oscillations du lustre avaient toujours la même durée. Pour s’en assurer, il les mesura une première fois avec son pouls.

Le recours au pouls peut être vu comme l’héritage de son musicien de père, qui rêvait de voir le fils embrasser la carrière de médecin, plus confortable que celle de physicien. Certes, Galilée vit dans le pendule une manière de stabiliser le pouls, influent sur la température du corps. Mais surtout, il y trouva la certitude de vouloir fixer sa réflexion sur les lois fondamentales de la physique, dont il allait être un pionnier.

Pas plus qu’il n’a écouté le sermon le jour de sa découverte, Galilée n’écouta donc son père, en préférant poursuivre la voie des mathématiques et de la géométrie. Et c’est un ami du père déçu, joueur de luth comme lui, Ostillo Ricci, qui lui enseigna la géométrie.

Il s’intéresserait désormais plus à Archimède qu’à Hippocrate. La balance hydrostatique du premier l’intriguait en effet bien plus que le serment du deuxième.

Galilée se lance ainsi à corps perdu dans la mathématisation de la physique plutôt que dans la tradition scolastique qui posait un philosophe comme Aristote en scientifique, bien soutenu en cela par l’Eglise à qui ne déplaisaient pas l’harmonie et la hiérarchie de l’univers qui présidaient à ses déductions sur les lois de ce bas monde. Chaque mouvement est une perturbation de l’équilibre dans l’univers.

Galilée s’intéressa au centre de gravité des corps, puis bientôt aussi à la chute des corps, quand, en 1589, il obtint la chaire de mathématiques à l’université de Pise. Par sa manière d’enseigner, il rompait avec la tradition, en abandonnant notamment les cours d’astrologie pour mieux se pencher sur Euclide.

C’est un an plus tard que la légende situe la seconde grande démonstration faite par Galilée, dans le domaine de la mécanique. L’histoire rapportée par son collaborateur et biographe Viviani raconte que le jeune professeur se rend au sommet du campanile penché de la tour de Pise pour faire la démonstration des erreurs d’Aristote. Il lance alors deux corps de poids différents et démontre qu’ils arrivent presque en même temps.

La légende va jusqu’à dire que l’ensemble des professeurs de l’université de Pise était venu assister à la démonstration scientifique. Ce fut l’occasion de grandes disputes. Car l’évidence de la démonstration n’était pas acceptée par tous étant donné que les deux objets n’arrivaient pas tout à fait en même temps. Ce qu’il rappellera plus tard, avec ironie, dans ses discours et démonstrations mathématiques concernant deux sciences nouvelles.

Dans son œuvre, il revient sur l’expérience et sur la méfiance toute aristotélicienne qu’elle éveille: «Aristote dit qu’une boule de fer de cent livres tombant de cent coudées touche terre avant qu’une boule d’une livre ait parcouru une seule coudée, et je vous dis, moi, qu’elles arrivent en même temps; vous constatez, en faisant l’expérience, que la plus grande précède la plus petite de deux doigts, c’est-à-dire que quand celle-là frappe le sol, celle-ci s’en trouve encore à deux doigts; or, derrière ces deux doigts, vous voudriez cacher les quatre-vingt-dix-neuf coudées d’Aristote, et, parlant seulement de ma petite erreur, passer sous silence l’énormité de l’autre.»

Si les deux poids ne tombent pas exactement au même moment, ce n’est pas en raison de leur poids, mais en raison des frottements de l’air qui ont des effets moins importants sur les corps lourds.

Galilée avait eu l’intuition de la négligence du poids en observant la différence de vitesse de chute entre les objets lourds et légers dans l’eau et dans l’air.

De même, Galilée tournait en dérision le postulat d’Aristote, en démontrant que de sa logique, on pouvait aboutir à deux constats contradictoires. Ainsi, si on accroche un poids léger à un poids lourd, soit le poids qui en résulte sera moins rapide que le poids lourd, car le poids léger retiendra le lourd, soit l’addition des deux formera un poids encore plus lourd et donc encore plus rapide.

Si la démonstration sur la tour de Pise n’avait pas été parfaite, c’est qu’elle n’avait pas eu lieu dans le vide.

Galilée était convaincu que dans le vide, deux objets de deux poids différents allaient à la même vitesse. Ainsi, selon le postulat de Galilée, dans le vide une plume et un marteau touchent le sol en même temps.

Au contraire, Aristote pense que le vide empêche tout mouvement.

Car pour Galilée, et c’est bien là l’essentiel, ce n’est pas le poids mais les frottements de l’air contre l’objet qui déterminent la vitesse de chute de l’objet. Dans le cas d’objets lourds, l’efficacité des frottements est moins importante. De même, la taille et le volume de l’objet sont décisifs dans la vitesse de la chute.

Ce faisant, Galilée était bien content de faire la nique aux méthodes passées, sinon passéistes, de ses pairs. Il se posait en scientifique contre la méthode scolastique traditionnelle. Peu de temps après son expérience, l’amateur de bons vins tissait la métaphore filée, dans son poème en tercets contre le port de la toge, pour expliquer la différence entre celui qui revêt le costume de scientifique et celui qu’il était vraiment. Ainsi, la bouteille nue n’est reconnue par personne, pas même le chiffonnier, mais contient le meilleur vin, tandis que la bouteille bien habillée n’est que vent, ou fard, ou eau parfumée.

A défaut de pouvoir mener sa comparaison dans le vide, Galilée poursuivit son étude de la chute des corps sur un plan incliné. La vitesse obtenue dépend seulement de l’inclinaison du plan et non de sa longueur. Il démontre aussi la proportionnalité entre accélération et temps.

De ses observations sur le mouvement, Galilée finira par déduire ces règles: «Tout point matériel qui n’est soumis à aucune force ou à un ensemble de forces dont la résultante est nulle est immobile ou animé d’un mouvement rectiligne à vitesse constante. Son accélération est nulle.»

Le principe inspirera grandement les trois principes de la mécanique qu’édictera Isaac Newton à sa suite.

En parallèle à ses études sur la dynamique, Galilée déloge aussi Aristote de son piédestal en adoptant les idées de Copernic. Lui qui a perfectionné la lunette astronomique a fait des observations qui allaient toutes dans le sens d’une vision héliocentrique du système solaire. L’Eglise catholique, qui tenait aux idées pures du philosophe grec et s’ombrageait des théories du mathématicien, le forcera à se renier et à lâcher, plein de regrets: «Et pourtant elle tourne.»

C’est aux confins des mondes sublunaires et supralunaires décrits par Aristote sur la lune elle-même que le constat prétendument fait sur la tour de Pise par Galilée est confirmé avec éclat.

En 1971, durant son séjour de 72 heures au pied du mont Hadley, l’astronaute David Scott, en pleine mission d’Apollo XV, saisit une plume et un marteau et s’adresse au cameraman qui l’accompagne. «Dans ma main gauche, j’ai une plume, dans ma main droite, un marteau. Et je parie que l’une des raisons pour lesquelles nous sommes ici aujourd’hui, c’est parce qu’un gentleman appelé Galilée, il y a longtemps, a fait une découverte plutôt significative au sujet de la chute des corps dans les champs de gravité. Et nous avons pensé qu’il n’y avait pas de meilleur endroit pour confirmer ses résultats que sur la Lune.»

L’astronaute lâche alors les deux objets et constate leur arrivée simultanée sur le sol lunaire. La conclusion apporte une nouvelle notoriété à la découverte du jeune professeur de Pise: «Ce qui prouve que Monsieur Galilée avait trouvé les bons résultats.»

La plus grande précède la plus petite de deux doigts, (…) or, derrière ces deux doigts, vous voudriez cacher les quatre-vingt-dix-neuf coudées d’Aristote, et, parlant seulement de ma petite erreur, passer sous silence l’énormité de l’autre.