Cours du 4 avril 2006. La révolution galiléenne.

Ce cours anticipe quelque peu la date, mais le mardi 4 avril ne sera peut-être pas vraiment un jour d'ouverture pour Championnet.

L'apport galiléen

Les relations entre Kepler et Galilée sont distantes, pour ne pas dire glaciales. Arthur Koestler, dans Les somnambules, prend le parti de Kepler et fustige l'insolence de Galilée : ce dernier, qui avoue assez brièvement à Kepler son adhésion au système copernicien, semble ne pas le remercier pour l'envoi de l'Astronomia nova, où se trouvent cependant énoncée l'une des lois qui vont donner à l'astronomie son véritable visage moderne. Entre Kepler et Galilée se joue un étrange menuet. L'un, Kepler, transforme l'astronomie d'observation en une astronomie de calcul, mais demeure acquis à des représentations physiques irrationnelles qui confèrent à l'univers une structure plus magique que rationnelle. L'autre, Galilée, manque totalement le tournant qui consisterait à mathématiser véritablement l'astronomie.

Mais, tout en demeurant en retrait dans ce domaine, il passe avec raison pour celui qui a su donner à l'astronomie copernicienne la mécanique terrestre dont elle avait besoin pour s'établir. Kepler demeure essentiellement un homme de la Renaissance pour lequel il n'existe pas de clé unique dans l'explication des tendances profondes qui conduisent la création divine à l'équilibre et à la symétrie. Galilée est quant à lui adversaire de la profusion baroque des causes : une structure unique, universelle, est au fondement de la production de tous les effets naturels. Il y a donc dans la nature une nécessité qui s'accorde bien à celle que l'on rencontre dans les mathématiques, et qui doit donc pouvoir s'y réduire.

C'est essentiellement parce qu'il conçoit les phénomènes naturels comme réductibles à leur index mathématique , c'est-à-dire à des paramètres de grandeur, figure et mouvement, que Galilée parvient à donner à l'héliocentrisme la consistance d'une représentation du monde. C'est parce qu'il lui fait franchir un pas, de la géométrie vers la mécanique, de l'abstrait vers le concret, que Galilée fait de l'héliocentrisme un problème qui heurte la structure bien établie de la science qui s'enseigne à la façon d'un dogme : l'aristotélisme.

Galilée accorde son intérêt au ciel vers l'année 1608, lorsque des schémas de lunettes lui parviennent à Venise, en provenance de l'ingénierie astucieuse des Hollandais. C'est avec une lunette améliorée par ses soins que Galilée effectue, puis publie en 1611 ses premières observations astronomiques dans le Messager céleste . Ce succès lui permet de revenir avec éclat dans cette Toscane natale dont il avait été chassé en 1592, pour insubordination manifeste. Mais l'astronomie apparaît bien vite à Galilée comme un vaste champ d'observation et de spéculation propre à servir les intentions de sa science du mouvement. Ainsi, après avoir tiré avantage de la publication du Messager céleste pour obtenir un poste tant convoité dans sa Florence natale, Galilée devient le chantre du copernicianisme. Entre 1611 et 1616, date à laquelle le Cardinal Bellarmin lui signifie un Interdit, Galilée écrit une série de Lettres, nommées par la suite "coperniciennes" ou "hérétiques", dans lesquelles il affirme d'une part la supériorité du système copernicien, et d'autre part la nécessité de ne pas subordonner les vérités absolues issues de la philosophie naturelle, par observation et par raisonnement, aux vérités simplement relatives issues des textes de la théologie révélée.

La première considération qu'appelle cet argument, me semble-t-il, est qu'il est très pieux de dire et très sage de poser que la Sainte Écriture ne peut jamais mentir, chaque fois où l'on a pénétré son vrai sens; et je ne crois pas que l'on puisse nier que bien souvent celui-ci est caché et très différent de ce que laisse entendre la signification littérale des mots. Qui donc voudrait, en l'exposant, s'en tenir toujours à ce pur sens littéral pourrait fort bien en venir à errer et à faire apparaître dans les Écritures non seulement des contradictions et des propositions éloignées du vrai, mais encore de graves hérésies et des blasphèmes: puisqu'il serait alors nécessaire de donner à Dieu des pieds, des mains et des yeux, non moins que des affections corporelles et humaines, comme la colère, le remords, la haine, et même parfois l'oubli du passé et l'ignorance de l'avenir. Or, de même que ces propositions furent formulées par les auteurs sacrés, sous la dictée du Saint-Esprit, afin de s'adapter aux capacités d'un peuple fruste et inculte, de même s'impose-t-il que pour ceux qui méritent d'être séparés de la plèbe les interprètes avisés en dégagent les vraies significations, et indiquent pour quelles raisons elles furent ainsi formulées: doctrine à ce point banale et spécifiée auprès de tous les théologiens, qu'il serait superflu d'en fournir des témoignages. D'où l'on peut fort raisonnablement déduire, me semblet-il, que la même Écriture sacrée, chaque fois où il lui arriva de se prononcer sur une question naturelle (et notamment pour les plus complexes et difficiles à entendre) s'en tint à cette règle, soucieuse de ne pas porter la confusion dans les esprits de ce même peuple, et de le rendre ainsi plus réticent envers les dogmes portant sur de plus hauts mystères. Car si la Sainte Écriture, comme on l'a dit et comme on le voit clairement, dans la seule préoccupation de s'adapter aux capacités du peuple, ne s'est pas abstenue de voiler ses déclarations sur des points capitaux, attribuant à Dieu lui-même des qualités très éloignées de son essence, et contraires à celle-ci, qui voudra soutenir avec assurance que la même Écriture, laissant de côté cette préoccupation, lorsqu'elle parle incidemment de la terre, de l'eau, du soleil ou d'autres choses créées, ait choisi de s'en tenir en toute rigueur au pur et strict sens des mots? Et principalement quand il s'agit d'énoncer à propos de ces choses des affirmations ne concernant en rien le but premier des mêmes Textes sacrés, savoir le culte divin et le salut de l'âme, et de plus fort éloignées de la compréhension du vulgaire. Ce point une fois précisé, mon opinion est que dans les discussions sur les problèmes naturels on ne devrait jamais commencer par l'autorité de tel ou tel passage des Écritures, mais par les expériences sensibles et les démonstrations nécessaires.
Étant donné en effet que l'Écriture sainte et la nature procèdent également du Verbe divin - celle-là en tant que dictée du Saint-Esprit et celle-ci comme exécutrice très fidèle des ordres de Dieu; qu'il est en outre convenu dans les Écritures, afin de s'adapter à la compréhension du plus grand nombre, de dire beaucoup de choses s'écartant, et par l'apparence et par le sens littéral des mots, de la vérité absolue; mais qu'à l'inverse la nature reste inexorable et immuable, n'outrepassant jamais les limites des lois (leggi), qui lui sont imposées, insoucieuse que ses raisons cachées et ses modes d'action soient ou non accessibles à l'entendement humain: il apparaît bien que ceux des effets naturels que l'expérience sensible place devant nos yeux ou qui sont conclus de démonstrations nécessaires ne doivent à aucun titre être remis en question, et encore moins condamnés, au vu de passages de l'Écriture dont les mots sembleraient vouloir dire autre chose. Car il n'est pas vrai que chaque parole de l'Écriture soit soumise à des obligations aussi sévères que l'est chaque effet naturel, ni que Dieu se révèle à nous moins excellemment dans les effets de la nature que dans les paroles sacrées des Écritures [2];

C'est à cette époque qu'il conçoit le titre et le projet d'un ouvrage sur le "flux et le reflux de la mer" qui deviendra, par accroissements successifs, le Dialogue sur les deux plus grands systèmes du monde, publié en 1632. Malgré l'Interdit de 1616, Galilée persiste à défendre l'hypothèse copernicienne. Plus encore, il forge une véritable méthodologie matérialiste qui fait dépendre d'un arrangement géométrique intime de la matière les qualités apparentes des corps.

"En vérité, je me sens poussé par la nécessité, aussitôt que je conçois un morceau de matière ou substance corporelle, de l'imaginer doué d'étendue et de figure, de sorte qu'à l'égard des autres corps il soit grand ou petit, occupe telle ou telle place, à tel ou tel instant; qu'il soit au repos ou en mouvement, qu'il touche ou non d'autres corps, qu'il soit simple ou multiple; en bref, rien ne me permet d'imaginer un corps qui ne satisfasse à de telles conditions. Mais que ce morceau de matière soit blanc ou rouge, doux ou amer, sonore ou non, odorant ou non, rien n'oblige mon esprit à le doter de semblables qualités; et si les sens ne leur servaient pas de véhicule, la raison ou l'imagination n'y parviendraient pas. D'où je déduis que ces goûts, odeurs, couleurs, à l'égard d'un objet où ils paraissent exister ne sont rien d'autre que de simples noms et ont leur siège dans les sens de l'observateur; celui-ci écarté, toute qualité de ce genre serait abolie et annihilée [1]."

Ainsi le corps ne possède-t-il de réalité qu'en vertu des qualités premières qui en constituent la substance même : est une détermination première du corps ce qui ne peut être arraché à sa représentation. Ces déterminations sont la grandeur ("grand ou petit", la position, le mouvement (par l'intermédiaire du temps), le contact (qui renvoie à l'impénétrabilité et au choc des corps)ainsi que la composition des parties ("simple ou complexe). Ces propriétés fondamentales forment se rapportent à l'"étendue et à la figure". On sait que Descartes adoptera pour sa part une définition des modes ou façons de différencier la substance étendue (Principes de la philosophie, II, 4) qui se résoudra en "grandeur, figure et mouvement". Du moins la distinction galiléenne des qualités premières et secondes laisse-t-elle intacte la question de la substantialité du corps - dévolue à la composition et à l'impénétrabilité considérées comme des qualités réelles. Chez Descartes cette substantialité, qui ne se résout pas en un atomisme, fait de la dureté un effet de l'arrangement du mouvement, mais ne saurait être compris comme une qualité première du corps. C'est là toute la différence entre une doctrine liée à l'atomistique, comme 'est indéniablement la pensée galiléenne, et une pensée de la fluidité universelle que l'on trouve, entre autres auteurs, chez Descartes. L'atomisme est de ce point de vue attaché à la constitution d'une révolution galiléenne, mais elle ne lui appartient pas en propre (on songe à Gassendi ou à Bruno).
Cette thèse galiléenne, publiée en 1623 dans un ouvrage consacré aux comètes, l'Essayeur, a peut-être joué un rôle dans la condamnation de Galilée, en 1633. En effet, une telle définition de la matière équivaut à rendre impossible le mystère de l'Eucharistie, dans lequel par miracle le corps et le sang du Christ sont réellement présents dans le pain et le vin donnés aux croyants lors de la célébration de la messe [3]. L'astronomie galiléenne, qui ignore les ellipses de Képler, admet une trajectoire circulaire des planètes, qui récuse l'existence des comètes, qui ne se prononce pas sur les dimensions de l'univers, est certes incomplète. Elle ne fournit en outre aucune observation originale. Mais elle est adossée à une physique radicalement neuve, qui définit le mouvement en se séparant radicalement de la physique d'Aristote, et qui fait entrer la science dans sa période moderne.

L'école galiléenne : Christiaan Huygens (1629-1695) et la question copernicienne

Le XVIIe siècle est celui des planètes : Saturne, à l'étrange forme faite d'anses visibles à la lunette, Jupiter qui est entourée de ses satellites ou la Lune elle-même, cessent de n'être que des points en mouvement dans une architecture géométrique destinée à fournir un système du monde. Il semble que l'activité principale des astronomes du Grand siècle ait été de donner une mesure au monde et une différenciée, individuelle, aux principaux éléments du système solaire. Le Soleil, quant à lui, dont Galilée avait examiné les tâches, est un objet encore peu étudié quant à sa nature. La voie suivie par les successeurs de Copernic, Kepler et Galilée est celle d'une astronomie d'observation. La question du système du monde étant très largement considérée comme chose acquise après 1650, le ciel posait encore à ses spectateurs bien des questions non résolues : quelle est la dimension des orbes célestes, quelle est la nature des phénomènes (comètes, parhélies) qui surgissent ça et là, de quoi est faite la matière de telle ou telle planète ? Les premières cartographies précises de la Lune apparaissent dès la publication du Messager céleste de Galilée, en 1610. Hevelius, l'un des plus prolifiques astronomes de cette époque, donne la sienne en 1647 avant celle de Riccioli, en 1650. Jean-Dominique Cassini donne à notre satellite son image la plus aboutie à la fin des années 1670.

fig. Lune de Cassini, 1680

Saturne, bien plus difficile à saisir, obtient elle aussi, dès 1656, la reconnaissance de sa vraie forme : Christiaan Huygens montre en effet que les anses apparentes sont en fait des anneaux et il publie cette découverte dans le Systema Saturnium. Huygens avait montré dès 1655 l'existence d'un satellite de Saturne : Titan. Les autres satellites de cette planète seront trouvés progressivement par Jean-Dominique Cassini, qui n'eut toutefois pas l'opportunité de résoudre le problème posé par l'observation de Saturne. Huygens traque cette planète tout au long de l'année 1655 et la disparition temporaire des anses lui fait comprendre la nature annulaire de cette planète en apparence polymorphe. Huygens écrit, dans l'envoi qui conclut sa première publication sur le sujet, le 5 mars 1656 :

aaaaaaacccccdeeeeeghiiiiiiillllmmnnnnnnnnnooooppqrrstttttuuuuu

Huygens précise que la forme anagrammatique a été choisie afin de préserver d'une part l'antériorité et d'autre part le secret de cette découverte en attendant la grande publication de 1659. L'astronomie est de ce point de vue le premier domaine scientifique où s'élabore l'idée de protection des résultats de la recherche, c'est-à-dire une certaine forme de propriété intellectuelle que nombre de commentateurs ont réduit, indûment, à de sombres et vaines querelles de priorité.

fig : Christiaan Huygens : l'anneau de Saturne.

Les planètes les plus proches ne sont pas en reste et on doit à Huygens quelques observations de rides sur la surface de Mars, une approximation de la durée du jour martien, sensiblement égal au jour terrestre) ainsi que de nombreuses hypothèses relatives à la nébuleuse d'Orion (observée pour la première fois par Pereisc) dont un secteur porte aujourd'hui le nom du physicien batave. La vitalité de l'astronomie est marquée par la construction de grands observatoires, dont le modèle est donné par ceux qui ont été construits dans les aires culturelles germanique et nordique. Ainsi à Paris, les premières réunions de l'Académie royale des sciences, inaugurée en décembre 1666, sont-elles consacrées à des observations astronomiques. Le premier groupe d'astronomes-mathématiciens (dont Huygens, Auzout puis Picard) de cette Académie qui doit beaucoup à la Royal Society fondée quelques années plus tôt, est la construction d'un nouvel Observatoire. Nous avons quelques indications des programmes fixés par cette assemblée : dresser des tables astronomiques utiles, résoudre de vieux problèmes comme celui des longitudes à l'aide des méthodes de Gemma Frisius ou bien à l'aide de celles qui étaient indiquées par Galilée, donner les premières mesures de l'uranométrie (étude métrique du ciel).

fig : Christiaan Huygens, surface de Mars.

Hevelius, Simon Mayer ou David Fabricius montrent que la tradition astronomique dans le monde germanique est très active depuis Copernic et Kepler. Le premier est un observateur hors-pair dont la Cometographia de 1668 permet de faire table rase des suppositions erronées contenues dans L'Essayeur de Galilée (qui ne croyait pas à la nature céleste des comètes, sortes de brumes persistantes ayant la nature de la fumée). Sous un autre rapport, Hevelius confirme l'observation du Soleil faite par le savant florentin : les taches présentes à la surface de notre étoile, animées d'un mouvement commun qui semble très vif, montrent à l'évidence la mobilité et la corruptibilité du Soleil.

L'infinité des mondes

Cette dernière question, qui a son origine dans le matérialisme le plus ancien, est une conséquence immédiate de la thèse copernicienne selon laquelle les étoiles ne sont que des astres très éloignés du nôtre. L'idée de pluralité des mondes fait en outre partie des questions qui animent les auteurs renaissants. Giordano Bruno porte la trace de ces débats. Conjointement aux travaux de savants, volontiers en quête de lecteurs non savants, la littérature classique fait du vagabondage interplanétaire un motif récurrent. Du côté des savants, le Cosmotheoros de Christiaan Huygens, publié en 1690, préfigure les Entretiens sur la pluralité des mondes de Fontenelle. Le Cosmotheoros est un ouvrage dans lequel deux orientations sont suivies. D'une part, c'est le Premier Livre, Huygens se livre à une analyse de la pluralité des mondes, directement déduite de la doctrine copernicienne, dont il propose, dès lors, une présentation à l'usage d'un lectorat qu'il veut plus élargi que le public strictement savant de l'époque. De cette pluralité, Huygens conclut à la nécessité d'une colonisation de chaque système solaire par des planéticoles dont il tente de penser les caractéristiques.
D'autre part, dans le Livre Second, Huygens propose un essai systématique de mesure de l'univers. Il est ainsi l'un des premiers qui ose quantifier la distance qui nous sépare de Sirius, en exposant les principales méthodes astronomiques de l'époque. Kant (Histoire générale de la nature et théorie du ciel, 1755 [4]) pourra dire qu'aucun progrès, de ce point de vue, n'a été fait depuis Huygens. Se plaçant imaginairement sur chacune des planètes, Huygens reconstruit l'horizon cosmique qui doit être le leur, questionnant en chaque point du système solaire les apparences qu'on y pourrait rencontrer.

Tout à la fois pédagogie copernicienne, spéculation philosophique, tentative d'essai sur l'histoire de la cosmologie et traité astronomique, le Cosmotheoros a subi une injuste éviction du domaine des publications accessibles et modernes. On a peu relevé que le Cosmotheoros , bien plus qu'un ouvrage de vulgarisation plaisant, sur le modèle de celui de Fontenelle , quoique d'une nature bien différente, représentait, dans l'œuvre de Huygens, le moment d'une double mise au point, interne et externe.

Interne d'une part, car l'inextricable conflit du copernicianisme et d'un principe ferme du mouvement relatif trouve dans le Cosmotheoros un dénouement, sinon définitif ou démonstratif, du moins remarquable dans le Second Livre. C'est en effet dans la multiplication des points de vue pris sur le système solaire que peut surgir, à l'intérieur d'une application constante de la règle de relativité du mouvement, une conciliation entre la représentation du mouvement selon son concept - qui est d'être un rapport- et selon sa signification cosmologique - qui renvoie à un "vrai" système.

Externe d'autre part car Huygens voit converger dans une seule et même perspective la tradition de la pluralité des mondes habités et ses propres réflexions relatives à l'abaissement de l'orgueil de la raison. Dans l'esprit de Huygens en effet, il ne fait aucun doute que la conséquence la plus rationnelle de la doctrine copernic ienne tient dans la supposition d'un nombre de mondes aussi grand que ne l'est celui des étoiles.

L'ouvrage se situe donc dans l'exacte perspective ouverte par le Messager céleste et le Dialogue de Galilée. Comme ce dernier, Huygens place l'ensemble de ses découvertes sous la détermination d'une défense et illustration de l'hypothèse copernicienne, ce que Descartes ne fait pas. Comme Galilée , Huygens se garde de toute allusion à la cosmogonie, les raisons dernières de la mécanique ne permettant certes pas à un esprit fini de remonter les chaînes mécaniques et causales qui permettraient de rendre compte d'un processus génétique de formation de l'univers.

Contrairement à Wilkins, à Kepler (voir J. Keppleri Mathematici olim Imperatorii Somnium, seu Opus posthumum de astronomia lunari , Francfort, 1634, et en particulier l'Appendix Geographica, seu mavis, Selenographica), à Cyrano de Bergerac (L'autre monde ou les Etats et Empires de la Lune, Paris, 1657), texte dont Huygens possède un exemplaire dans sa bibliothèque. ou, enfin, à Pierre Borel(Discours nouveau prouvant la pluralité des mondes, que les astres sont des terres habitées, et la terre une étoile, qu'elle est hors du centre du monde dans le troisième ciel, et se tourne devant le soleil qui est fixe, et autres choses très curieuses, Paris, 1657), Huygens réfute l'habitabilité de la Lune car il lui semble que les conditions environnementales de ce satellite rendent très peu plausible l'idée d'une implantation heureuse du vivant.
Huygens peut affirmer dès les premières lignes du Cosmotheoros :

Il est à peine possible, mon cher frère, que celui qui s'accorde avec Copernic et pense que la Terre, où nous sommes, est une parmi les Planètes qui tournent autour d'un soleil dont elles reçoivent toute leur lumière , ne juge de temps à autres conforme à la raison l'idée que, tout comme ce Globe qui est le nôtre, tous les autres aussi ne manquent de cultures, de ressources ni, peut-être, d'habitants.

Le projet du Cosmotheoros , loin d'être le fruit d'une adhésion tardive de Huygens à la vulgarisation scientifique des conséquences ultimes du copernic anisme, ou simplement l'effet d'un renoncement à toute activité proprement scientifique, est conçu, dès les premières années, comme le pendant de toute adhésion à l'astronomie copernic ienne. Ainsi Huygens écrit-il en 1658, dans un fragment préparatoire à l'édition du Systema Saturnium, ouvrage dans lequel il donne pour la première fois à Saturne sa forme authentique :
"Savoir s'il y a des hommes. qu'il est opaque. par les eclipses des satellites de Jupiter. sa distance. comment le satellite a les mêmes phases que notre lune, mais qu'il est plus petit en proportion. quel est l'aspect de son anneau. ses années. ses équinoxes. ses jours. la distance de sa lune. comment se comportent les autres planètes".

Et il est certain que cette question, aujourd'hui laissée à quelques laboratoires très pointus mais aussi aux fantasmes de l'industrie de l'image, était conçue à cette époque comme une partie pleine et entière de l'astronomie post-copernicienne.

La Dedicatio du Systema Saturnium avait insisté sur l'idée d'un approfondissement de l'argument présenté par Galilée dans le Messager céleste à propos des satellites de Jupiter : il y a d'autres centres dans l'univers que celui que la Terre représente pour le mouvement lunaire. Cet approfondissement est rendu possible par la découverte d'un satellite de Saturne, qui doit frapper bien plus l'imagination par le fait que, tout comme la lune, il semble être le seul corps qui accompagne la planète dont il est le satellite. Affirmation prématurée qui est corrigée par les observations de Dominique Cassini, dûment mentionnées dans le Cosmotheoros. Huygens renouvelle le genre de l'entretien sur la pluralité des mondes habités en incorporant cette méditation devenue classique à un fonds observationnel et métrique de premier ordre qui fait du Cosmotheoros l'aboutissement au style mixte d'une tradition littéraire et d'une scientificité sans équivalent dans cette sorte de littérature. Huygens insère en effet sa contribution à l'idée de pluralité des mondes au sein d'un genre littéraire dont l'origine se situe, selon les termes mêmes du Cosmotheoros , a priscis philosophis , c'est-à-dire chez Démocrite. Huygens se charge lui-même d'indiquer quelles sont ses sources, au nombre desquelles il faut compter Bruno, Kepler , Galilée et Wilkins. En multipliant les points de vue concordants, Huygens dilue l'aporie de la nature relative du mouvement dans l'ivresse imaginative, et volontiers bucolique, d'horizons qui convergent vers un même ciel. Ce que ni les raisons coperniciennes, ni les lois de Kepler et de Newton n'ont pu véritablement prouver, Huygens tente de le faire voir. C'est donc par l'image que se trouve accomplie l'impossible ouverture des âmes du vulgaire aux raisons mathématiques du système du monde.

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Notes

[1] Il Saggiatore, in Opere, t. VI, p. 341 et suiv.

[2] Galileo Galilei, A MADAMA CRISTINA DI LORENA GRANDUCHESSA DI TOSCANA, 1615, trad. M. Clavelin, Galilée copernicien, Paris : Albin Michel, 2004. Les termes de cette lettre reprennent ceux de la Lettre à Benedetto Castelli du 21 décembre 1613.

[3] Voir l'ouvrage de Pietro Redondi, Galilée hérétique, Paris : Gallimard, 1981. Selon l'Auteur, ce sont moins des motifs cosmologiques que théologiques qui ont conduit au procès de Galilée. De ce point de vue la condamnation, bornée à une simple réclusion, fut particulièrement clémente.

[4] Histoire générale de la nature et théorie du ciel , 1755, traduction, introduction et notes de Pierre Kerszberg, Anne-Marie Roviello, Jean Seidengart, Traduction de Allgemeine Naturgeschichte und Theorie des Himmels , Paris : J. Vrin, 1984