Du géocentrisme au Big Bang E-Book

Guy Jouve

• Herausgeber: Books on Demand
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Sprache: Französisch

Seitenzahl: 272

Veröffentlichungsjahr: 2020

Beschreibung

Ce livre raconte l'histoire des grandes découvertes de l'astronomie et de l'astrophysique en s'appuyant sur des documents et illustrations provenant des savants eux-mêmes. Il s'agit de Ptolémée, Copernic, Kepler, Galilée, Newton, Hubble, Poincaré, Einstein, Lemaître et aussi des savants moins connus mais pas moindres Arp, Alfven et Brynjolfsson. Il s'adresse à tous, lecteurs ayant ou n'ayant pas de formation scientifique. Ces derniers s'intéresseront particulièrement à la manière dont les travaux ont été accueillis par la société. Ce livre couvrant une large période historique permet de se rendre compte que la nouveauté scientifique se heurte à de fortes résistances qui ralentissent sa progression. 220 pages dont 52 de documents et 32 illustrations

Leseprobe

Du même auteur :

Guy Jouve. Les problèmes de datation dans la grotte Chauvet et quelques grottes du Jura Souabe (2017). Bod éditeur.

Jean Combier & Guy Jouve. Chauvet cave’s art is not Aurignacian: a new examination of the archaeological evidence and dating procedures Quartär 59 (2012) : 131-152.

Jean Combier et Guy Jouve. Nouvelles recherches sur l’identité culturelle et stylistique de la grotte Chauvet et sur sa datation par la méthode du 14C. L’Anthropologie 118 (2014) 115–151.

Guy Jouve. Contrôler la décontamination du charbon de bois Paléolithique par l'isotope 13 du carbone, application aux datations dans la grotte de Candamo (2020). L'Anthropologie.

Guy Jouve. Les entrées préhistoriques à la grotte Chauvet. L’Anthropologie (2020).

Guy Jouve, Paul Pettitt, Paul Bahn. Chauvet Cave's art remains undated. L'Anthropologie (2020).

Guy Jouve. Utilisation des isotopes stables pour l’identification de l’origine du carbone dans la datation du charbon de bois du Paléolithique. L’Anthropologie 117 (2013) 413-419.

L'attribution culturelle des sculptures du Jura souabe d'après les documents des découvreurs. L’Anthropologie, sous presse.

Table des matières

Partie A Du géocentrisme à l’héliocentrisme

Chapitre 1

La Renaissance, de Ptolémée à Copernic

Chapitre 2

Un grand ingénieur, Tycho Brahe

Chapitre 3

Johannes Kepler

Chapitre 4

XVII

e

siècle, Galilée

Chapitre 5

Les Lumières, Newton

Chapitre 6

Des preuves expérimentales au XIX

e

siècle

Partie B Les Galaxies et la cosmologie

Chapitre 7

Un tournant scientifique au XX

e

siècle

Chapitre 8

Le décalage vers le rouge

Chapitre 9

Nouveaux astres

Chapitre 10

Le plasma cosmologique

Chapitre 11

Brynjolfsson. La résolution du problème du redshift

Chapitre 12

2010 Découverte surprise

Partie C Histoire de la relativité-Théories de la gravitation

Chapitre 13

De Galilée à Poincaré, le principe de la relativité

Chapitre 14

Einstein de 1900 à 1905

Chapitre 15

Les recherches d’une théorie de la gravitation et la relativité générale

Annexe Documents

I. Origines de l’astronomie

II. Ptolémée

III. Sommaire

de revolutionibus orbium coelestium

IV. Gravitation universelle Newton

V. Brynjolfsson : Application des lois,

plasma redshift

Photon et raies solaires

Photon non gravitationnel

Nucléosynthèse

Avant-propos

Cet ouvrage présente l’histoire des découvertes en astronomie de l’époque historique à nos jours. Malgré les importantes différences technologiques, nous constaterons des similitudes : savants exceptionnels, travaux collectifs, accueil des découvertes oscillant entre succès et défiance de la part des tenants de la culture.

Nous avons limité au maximum les développements mathématiques et physiques, pour en alléger la lecture. Les non-spécialistes pourront les passer sans que leur compréhension de l’historique des découvertes en soit affectée. Les annexes sont consacrées à des documents provenant des astronomes et astrophysiciens.

Nous montrerons les démarches de savants très connus comme Galilée, Newton, Einstein, etc., mais aussi d’autres qui ne leur sont pas inférieurs mais ne sont connus que des spécialistes, comme Copernic et Poincaré. On sera sans doute surpris que nous leur ajoutions Brynjolfsson, car il est encore totalement inconnu. Il n’avait pas d’idée révolutionnaire au départ, et en appliquant tout simplement les lois de la physique, il a abouti à un résultat, dont on n’a pas encore saisi l’importance, sur l’espace cosmique et sur les photons.

Il est apparu utile d’ajouter un historique des théories de la relativité, à cause de leur succès dans les médias et dans les institutions.

Les documents présentés à la fin de l’ouvrage peuvent paraître rebutants aux non-spécialistes, mais il nous est cependant paru utile de les placer comme référence parce qu’il ne faut avancer que ce que l’on peut démontrer.

Nicolas Copernic

Partie A

Du Géocentrisme à l’Héliocentrisme

Chapitre 1

de Ptolémée à Copernic

Le géocentrisme, théorie qui suppose la Terre fixe au centre de l’univers qui tourne, était enseigné dans les universités depuis le début de notre ère, suivant les calculs de l’astronome grec Claude Ptolémée d’Alexandrie (100-168) ; c’était en accord avec la philosophie d’Aristote. Treize siècles après cet astronome, un mathématicien et astronome polonais, Nicolas Copernic, annonça clairement que c’était faux, et présenta ses propres calculs qui justifient un autre système, l’héliocentrisme, qui n’ont pu être contestés sur des bases scientifiques. Dans ce système, le soleil est le centre de l’univers et non la Terre. C’était il y a cinq cents ans. Il savait qu’il aurait des difficultés à faire admettre ses résultats et qu’il ne pourrait pas convaincre ceux qui ne voudraient pas se pencher sur ses arguments et calculs ; c’est l’histoire du cheminement de ce changement révolutionnaire en son temps que nous allons observer.

Il nous est tous arrivé de nous poser cette question, en été : « où l’ombre va-t-elle tourner ? ». Cela ne revient-il pas à dire : « où le soleil va-t-il tourner ? » Par rapport à nous, la Terre est fixe et le soleil tourne, et la Lune également, il en est à peu près de même de la voûte étoilée la nuit. Si l’on observe l’évolution de ces mouvements apparents le long des semaines et des mois, on arrive à des conclusions simples pour la Lune – le mois lunaire est connu depuis des millénaires – mais si on s’intéresse aux planètes, on constatera bien vite que le déplacement apparent est complexe et donc mystérieux, avec des rétrogradations (figure 3) et ne permet pas de conclusion simple, si ce n’est qu’il s’agit d’astres errants, ce qui est l’étymologie du mot planète.

Le Soleil permet de repérer des divisions de la journée grâce au cadran solaire, l’inclinaison de son orbite apparente permettant depuis très longtemps de déterminer des saisons, ce qui est bien utile pour l’agriculture. Les positions des planètes ne paraissent utiles que pour l’astrologie, qui était en faveur dans la plupart des cultures, mais le problème était compliqué : non seulement la durée nécessaire aux observations est longue, mais il faut des visées précises pour obtenir les mesures des angles dans l’espace, le tout en relation avec les dates du calendrier. On a besoin ensuite de calculs avec des procédés de la géométrie et de la trigonométrie si l’on espère établir une théorie qui permette de prévoir leurs positions dans l’avenir, les planètes étant supposées influencer les êtres vivants selon l’astrologie.

Nous savons maintenant que la complexité de ces trajectoires cache des mouvements très différents, que les planètes tournent autour du soleil et que les mouvements de la Terre ne permettent pas d’en avoir une vue simple. Comment est-on arrivé à cette connaissance ?

On ne sait pas grand-chose des premières observations d’astronomie. Les historiens ont pu néanmoins recueillir quelques textes et traditions venant d’Orient depuis environ cinq millénaires (voir documents page 165).

Claude Ptolémée d’Alexandrie (probablement 90-168), après Hipparque qui fut l’initiateur de l’astronomie mathématique, utilisa les nombreuses observations faites les siècles précédents en Orient pour fournir une théorie géométrique complexe décrivant les mouvements apparents des astres, reposant sur l’idée que la Terre serait fixe.

Il justifiait que la Terre est fixe, par les mouvements de projectiles que l’on lance verticalement et qui retombent sur la même ligne, sans déviation, héritage d’Aristote. Copernic fut le premier à la dénoncer cette argumentation, que l’on sait maintenant fallacieuse. Sur cette base, Ptolémée avait établi une méthode mathématique qui relie les positions angulaires successives des astres. C’est une mathématique vaste et complexe, qui n’est pas à rejeter, mais il suffirait d’ajouter qu’il s’agit des trajectoires des astres dans un repère lié à la Terre pour qu’elle ne soit pas critiquable dans son principe ; cela reste un objet intéressant pour les mathématiciens. Une difficulté demeure néanmoins, les résultats ne s’accordant pas toujours avec la taille apparente des planètes et encore moins avec les distances, mais l’objectif recherché se limitait aux observations des directions des planètes.

Dans cette Composition [ou synthèse] mathématique (voir documents page 170), titre qu’il donna à son ouvrage rédigé en grec, les astres se déplacent suivant des trajectoires qui sont des cercles (appelés épicycles) qui eux-mêmes se déplacent sur des cercles principaux plus grands (déférents), les centres de ces cercles sont plus ou moins décalés et tournent à une vitesse angulaire constante par rapport à un point (équant) (figure 1).

Figure 1. Système de Ptolémée. P planète. Le centre K du petit cerce (épicycle) se déplace sur le grand cercle (déférent) à vitesse angulaire constante par rapport au point équant E. C est le centre du déférent, la Terre est au point O (dessin J. Evans).

C’est un ensemble géométrique complexe et hétérogène qui ne pouvait prétendre à une description scientifique des mouvements des corps célestes, mais avait son utilité pour concevoir les tables astrologiques, avec les positions apparentes des planètes dans le ciel, ce qui était demandé par les astrologues.

Pour Ptolémée comme Pythagore, les planètes, la Lune et le Soleil tournaient autour de la Terre, c’étaient dans l’ordre du plus proche au plus lointain : Lune Mercure Vénus Soleil Mars Jupiter Saturne (figure 2). Nous savons maintenant que cela ne correspond pas à la réalité.

Figure 2. Succession des astres par rapport à la Terre selon Ptolémée (représentation des trajectoires très simplifiées en cercles) : Lune Vénus Soleil Mars Jupiter Saturne constellations du zodiaque. (Harmonica macrcosmica de Celarius 1661).

Nicolas Copernic (1473-1543)

À la Renaissance, le géocentrisme de Ptolémée était enseigné avec quelques variantes dans les universités catholiques et réformées. Un jeune prêtre Nicolas Copernic, formé aux mathématiques et à l’astronomie, connaissait les faiblesses de ce système, en particulier pour la planète Vénus et les rétrogradations (figure 3). Il savait aussi que quelques mathématiciens et philosophes dans l’antiquité avaient fourni une autre interprétation, l’héliocentrisme, mais sans que l’on connaisse de justification mathématique.

« Vous n'êtes pas sans savoir [avait dit Archimède] que pour l'Univers, la plupart des Astronomes signifient une sphère ayant son centre au centre de la Terre […]. Toutefois, Aristarque de Samos1 a publié des écrits sur les hypothèses astronomiques. Les présuppositions qu'on trouve dans ses écrits suggèrent un univers beaucoup plus grand que celui mentionné plus haut. Il commence en fait avec l'hypothèse que les étoiles fixes et le Soleil sont immobiles. Quant à la Terre, elle se déplace autour du Soleil sur la circonférence d'un cercle ayant son centre dans le Soleil ».

Aristarque de Samos (310-220) avait calculé les distances Terre-Lune et Terre-Soleil par des moyens géométriques, mais les ordres de grandeur sont inexacts, car il ne disposait pas de mesures suffisamment fiables. On ne sait s’il a procédé à des calculs sur l’héliocentrisme.

Pour justifier l’héliocentrisme par des calculs à partir des positions angulaires mesurées des astres, objectif que s’était fixé Copernic, il fallait de solides connaissances en mathématiques. Érudit dans plusieurs disciplines, il avait étudié les mathématiques, l’astronomie, mais aussi le droit canonique, la médecine et le grec. Né à Thorn en 1473, ville de Poméranie polonaise, dans une famille catholique, prêtre puis chanoine2, neveu d’évêque, il était sans doute destiné à devenir évêque selon la pratique de népotisme répandue à cette époque, mais il ne le devint jamais : ce n’était pas son ambition. Après des études dans la capitale Cracovie, il avait fréquenté pendant sept ans les universités italiennes renommées de Padoue et Bologne de 1496 à 1503. « Mon savant maître avait pris en note avec le plus grand soin les observations faites à Bologne, où il fut moins le disciple que l’assistant et le témoin des observations du très savant Dominicus Maria [...]. À Rome en 1500, âgé d’environ 27 ans, il fut professeur de mathématiques devant une large audience d’étudiants et de spécialistes dans cette branche de la science » (Rheticus3). On peut le considérer comme l’un des meilleurs mathématiciens de son temps. En 1503 il fut proclamé docteur en droit canon à Ferrare et en 1505 docteur en médecine à Padoue (R. Baillaud). Il a pu nouer des relations avec les élites intellectuelles, peut-être dans la famille Farnèse qui fournira le pape Paul III. Très exigeant intellectuellement, il avait bien explicité que la science était une démarche différente de celle de la religion.

Les savants qui sont aujourd’hui considérés comme les plus grands ont en général bénéficié des avancées de leur prédécesseurs immédiats ou contemporains et ont ainsi fait progresser les connaissances sur leur domaine. Ce fut le cas de Newton, qui a connu les travaux de Copernic, de Kepler et de Galilée, de Pasteur qui a prolongé et expérimenté pour l’homme l’utilisation des vaccins qui étaient réservés jusque-là aux animaux, d’Einstein avec Michelson, Lorentz, Poincaré et Grossmann. Copernic, un peu trop oublié de nos jours, a établi tout seul la mathématique de l’héliocentrisme, sans utiliser des travaux préparatoires d’autres scientifiques et sans l’aide du moindre collaborateur.

Copernic réfute le système de Ptolémée

Copernic rappelle dans le début de son livre De revolutionibus orbium coelestium que Ptolémée ne croyait pas à une rotation la Terre en 24 heures : « Si donc, dit Ptolémée d'Alexandrie, la Terre tournait, du moins en une révolution quotidienne, le contraire de ce qui vient d'être vu devrait arriver. En effet, ce mouvement qui, en vingt-quatre heures franchit tout le circuit de la Terre, devrait être extrêmement véhément et d'une vitesse insurpassable. […] Et depuis longtemps déjà, dit-il, la Terre dispersée aurait dépassé le ciel même (ce qui est parfaitement ridicule) ; à plus forte raison les êtres animés et toutes les autres masses séparées qui aucunement ne pourraient demeurer stables. Mais aussi les choses tombant librement n'arriveraient pas, non plus, en perpendiculaire, au lieu qui leur fut destiné, entre temps retiré avec une telle rapidité de dessous [d'elles]. Et nous verrions également toujours se porter vers l'Occident les nuages, ainsi que toutes les choses flottant dans l'air. » (Copernic De revolutionibus Livre 1 – VII Traduction du latin par Koiré 1934).

Copernic retourna l’argument : en suivant le raisonnement de Ptolémée, les planètes plus éloignées, qui tournent donc beaucoup plus vite, seraient d’année en année propulsées jusqu’à l’infini. Comme ce n’est pas le cas, il y a donc une cause dans la nature, disait Copernic, qui maintient tout en harmonie (ce sont les lois de la dynamique qu’établira Newton).

Les rétrogradations

Il s’agit d’un retour en arrière suivi d’un autre changement de sens que semblent effectuer des planètes lorsque l’on suit leur trajectoire apparente sur plusieurs jours par rapport aux constellations (figure 3). Contrairement au système de Ptolémée, celui de Copernic l’explique simplement (figure 4).

Figure 3. Mars. Visées hebdomadaires, par rapport aux étoiles (photo NASA).

Figure 4. Représentation dans un repère fixe par rapport aux étoiles et au Soleil d’une rétrogradation de Jupiter avec des trajectoires circulaires simplifiées (Galilée, Dialogo).

La rétrogradation selon l’héliocentrisme (figure 4) :

Le cercle intérieur représente l’orbite de la Terre ; le cercle intermédiaire, l’orbite de Jupiter ; le cercle extérieur, la position des étoiles fixes (ramenée à un cercle proche).

Les positions successives de la Terre sont B C D E … M. Aux dates correspondantes, Jupiter est en b cd e … m.

La position apparente de Jupiter vue depuis la Terre est donnée par les prolongements aux étoiles du plus grand cercle. Observez l’évolution de Bb, Cc, etc. jusqu’à Ee sur le cercle des étoiles. À partir de Ff il y a un retour dans le sens contraire sur le cercle des étoiles, c’est le début de la rétrogradation.

Les bases de la théorie de Copernic

Le Soleil est fixe au centre de l’univers. Les étoiles, qui sont extrêmement éloignées des planètes, sont considérées comme fixes (on ne connaissait pas l’existence des galaxies). Tous les mouvements sont décrits par des familles de cercles4 en rotation uniforme (c’était un principe quasi philosophique). La Terre en plus du mouvement sur son orbite tourne autour de son axe. Sur cette base, les calculs de Copernic permettaient de retrouver les trajectoires apparentes et les positions des planètes observées depuis la Terre en relation avec les mouvements réels autour du soleil. Il se fiait aux tables des grecs découlant des observations pour les données numériques avec leur précision, il ne semble pas avoir procédé lui-même à beaucoup d’observations directes. La supériorité de sa théorie sur celle du géocentrisme est qu’elle explique d’une manière unitaire les phénomènes tels que la rétrogradation des planètes, la variation de l’éclat des planètes par les distances que l’on pouvait comparer, une simplification du traitement (pas d’équant, qui n’a pas de justification), elle respecte l’unité du système planétaire, les mêmes traitements sont appliqués à toute les planètes, y compris la Terre. Le Soleil a un rôle particulier, qui est justifié car on savait depuis l’antiquité que sa taille est très grande par rapport à toutes les planètes et que c’est le seul astre à émettre de la lumière.

Ce que nous voyons depuis la Terre, qui sont des mouvements apparents, résulte des mouvements des planètes autour du Soleil, combinés avec ceux de la Terre (en orbite et autour de son axe). Il est donc nécessaire d’avoir une très bonne connaissance du mouvement de la Terre. Voici ce qu’il en écrivit :

TRIPLE MOUVEMENT DE LA TERRE

« Puis donc que les témoignages aussi nombreux et aussi importants des planètes s'accordent avec la mobilité de la Terre, nous allons maintenant exposer ce mouvement d'une façon générale et montrer jusqu'à quel point les phénomènes s'expliquent par ce mouvement admis comme hypothèse. Il faut, en général, admettre un triple.

Le premier, que nous avons dit être appelé par les Grecs νυχθημɛρινòν, est le circuit propre du jour et de la nuit, qui se fait de l'Occident en Orient autour de l'axe de la terre – comme on croit que le monde se porte en sens contraire – en décrivant le cercle équinoxial [l'équateur] que certains, imitant l'expression des Grecs, chez lesquels il s’appela ἰσημɛρινòϛ, dénomment équidial.

Le second est le mouvement annuel du centre qui, avec tout ce qui se rattache à lui, décrit autour du Soleil le cercle du zodiaque [l'écliptique] ; c'est également un mouvement droit, c'est-à-dire, allant de l'Occident en Orient, et il a lieu, ainsi que nous l'avons dit, entre Vénus et Mars. Par quoi il se fait que le Soleil lui-même semble parcourir le zodiaque d'un mouvement semblable ; ainsi, par exemple, lorsque le centre de la Terre traverse le Capricorne, le Verseau, etc., le Soleil semble passer par le Cancer, le Lion et ainsi de suite, comme nous l'avons dit. Il faut savoir que l'équateur et l'axe de la Terre ont une inclination variable par rapport au cercle et au plan de l'écliptique. Car s'ils restaient fixes et ne faisaient que suivre simplement le mouvement du centre, il n'y aurait aucune inégalité entre les jours et les nuits, mais il y aurait toujours soit l'équinoxe, soit le solstice, soit le jour le plus court, soit l'été, soit l'hiver, soit n'importe quelle autre saison toujours la même.

Suit donc un troisième mouvement de la déclination, révolution annuelle également, mais dans le sens contraire à celle du centre. C'est ainsi, par suite de ces deux mouvements presqu'égaux entre eux, mais de sens contraire, que l'axe de la Terre et donc le plus grand des cercle de ce mouvement du centre de la Terre, le Soleil est vu se mouvoir sur l'obliquité de l'écliptique, exactement parallèles, l'équateur, regardent vers presque la même partie du monde, comme s'ils étaient immobiles... [ce mouvement maintient l’axe de la Terre toujours dans la même direction par rapport aux étoiles, plus tard on l’intégrera au mouvement précédent dans la dynamique de Newton] » (De revolutionibus orbium coelestium, Chapitre XI).

Planètes

Dans sa démarche, en partant des mouvements de la Terre, Copernic put remonter à ceux des planètes par rapport au Soleil et aux étoiles fixes. Toutes les trajectoires circulaires centrées sur le Soleil devaient être corrigées5 par d’autres cercles épicycles, tous parcourus en vitesse uniforme comme c’était un principe à cette époque (figures 5). On ne connaissait l’existence que de cinq planètes, outre la Terre, (figure 6), les planètes intérieures, c’est-à-dire Mercure et Vénus situées entre le Soleil et la Terre, et trois planètes extérieures, Mars, Jupiter et Saturne.

Figure 6. Succession des orbites principales, hors échelle (Copernic, De revolutionibus orbium coelestium).

Périodes sidérales

La période (ou année) sidérale est la durée que met une planète pour décrire une orbite complète (par rapport aux étoiles fixes). Elle est calculable, les valeurs obtenues par Copernic sont très proches des valeurs actuelles.

Distances

Le modèle de Copernic permet de calculer les rayons des orbites des planètes, en proportion de la distance Terre-Soleil (tableau 1).

Distance moyenne au Soleil en UA

6

 :

Selon Copernic

Valeurs actuelles

Mercure

0,38

0,39

Vénus

0,72

0,72

Mars

1,52

1,52

Jupiter

5,22

5,20

Saturne

9,07

9,54

Tableau 1. (Morando)

Précession des équinoxes

Indépendamment du mouvement apparent de la voûte des étoiles en 24 heures, Hipparque avait observé un autre mouvement très lent (d'après les tables d'observation des Chaldéens sur de très longues durées, que l’on ne possède plus).

En comparant ses repérages d’étoiles à celles de ses prédécesseurs, Copernic calcula 25816 années égyptiennes (Copernic Narration prima), pour une rotation complète. Copernic l'interpréta comme un mouvement lent de l'axe de rotation de la Terre, c'est la précession des équinoxes.

Les mouvements circulaires uniformes

Copernic interpréta tous les mouvements célestes comme circulaires, ce qui l’obligeait à utiliser des épicycles (figure 7) ; il faudra attendre Kepler pour les décrire d’une manière plus simple comme des ellipses.

Néanmoins, on peut déduire de l’analyse de Fourier, au XIXe siècle, que les mouvements périodiques dans un plan peuvent être calculés comme la superposition de mouvements circulaires de fréquence multiple de la plus faible, le déférent, c’est ce que fit Copernic en se limitant à la première harmonique.

Figure 7. Épicycle et déférent, trajectoire en pointillés (Gabriel).

Avantages

La connaissance des positions apparentes (angulaires) des astres observées depuis la Terre était suffisante pour la navigation, les dates des saisons, l’astrologie, la durée des périodes synodiques des planètes, etc., c’était aussi ce qu’apportait le géocentrisme de Ptolémée. Était-il donc nécessaire de connaître l’héliocentrisme, en dehors de la réponse qu’il apportait à la curiosité ? Pour prévoir les positions des planètes par rapport à la Terre (l’astrologie), il fallait ajouter aux mouvements héliocentriques un traitement géométrique, encore des cercles, au total presque autant qu’avec Ptolémée. Il y avait cependant un gros avantage : les principes de calculs étaient simples et cohérents, les résultats étaient plus fiables, notamment pour les deux planètes intérieures Mercure et Vénus, et les traitements mathématiques et géométriques plus rationnels. Cela ouvrira la voie à la théorie gravitationnelle de Galilée et Newton. L’utilisation de la cosmologie de Ptolémée était beaucoup plus complexe.

Un aspect économique n’était pas négligeable pour ceux qui utilisaient la théorie de Copernic : le calcul des positions des planètes pour l’astrologie commandée par les princes fournissait des ressources à certains mathématiciens. Tout cela pouvait répondre aux attentes d’astronomes et mathématiciens, mais comportait un inconvénient : il impliquait le rejet des concepts culturels admis ; qui aurait le courage de s’opposer au grand Aristote dont la philosophie était adoptée depuis des siècles par le monde universitaire ?

La diffusion de l’héliocentrisme

Commentariolus

Copernic informa de ses travaux quelques savants amis, notamment le plus proche Tiedemann Giese, qui fut chanoine en même temps que lui et devint évêque de Kulm. Il diffusa entre 1511 et 1514 un petit commentaire intitulé De Hypothesibus Motuum Coelestium a se Contitutis Commentariolus (connu sous le titre de Commentariolus). L’université de Cracovie en a possédé une copie manuscrite.

En une vingtaine de pages, Copernic présente d’abord les raisons mathématiques qui l’ont poussé à réaliser son modèle : les faiblesses du système géocentrique, « une théorie qui [lui] semblait ni suffisamment achevée ni suffisamment accordée à la raison ». Il a cherché « un système plus rationnel, d’où toute irrégularité apparente découlerait ». Il réussit « à résoudre ce problème extrêmement difficile et presque inextricable » à partir de quelques postulats qui reviennent à prendre en compte que les mouvements observés sont en grande part dus aux mouvements de la Terre, qui n’est pas le centre de l’univers. Il publia ses résultats « pour faire bref en omettant les démonstrations mathématiques destinées à un ouvrage plus ample ». Il y fait la description des mouvements dans le repère du Soleil et des étoiles fixes, avec des valeurs numériques pour les durées de révolution, les tailles des orbites, les angles des plans et des axes.

Figure 8. Première page du Commentariolus de Copernic.

Narratio prima

La nouvelle de la démonstration de l’héliocentrisme par Copernic se répandit dans l’Europe du Nord, catholique ou protestante, auprès des mathématiciens et astronomes, car cela répondait à leurs attentes. L’un d’eux, Georg Joachim Rheticus (1514-1574), jeune mathématicien protestant devint son unique élève pendant deux ans. « Lorsqu'enfin j'eus entendu parler de la réputation considérable du docteur Nicolas Copernic dans les régions septentrionales, bien qu'à ce moment-là l'Université de Wittenberg m'eût nommé professeur public dans ses disciplines, je pensai pourtant que je ne devais avoir de cesse que je n'eusse appris quelque chose de son enseignement. » Rheticus s'est acquis la célébrité en rédigeant le premier ouvrage de la nouvelle astronomie, intitulé Narratio prima, publié en 1540 sous la forme d'un exposé adressé au cardinal Schöner, c’était trois ans avant la publication du traité complet de Copernic7 dont il avait « étudié à fond les trois premiers livres ». L'ouvrage de Rheticus, environ 80 pages au format actuel, fut d’abord édité à Gdansk, au début de l'année 1540, par les soins du secrétaire de Rheticus, Heinrich Zeli (1518-1568). Cette première édition, qui ne nomme Copernic que par « mon savant maître » fut suffisamment bien accueillie pour que parût dès l'année suivante, à Bâle, une deuxième édition, cette fois-ci par les soins du physicien Achille Gassarus. Le monde savant était en possession des éléments de base de la théorie de Copernic. Les premières réactions furent très favorables, ainsi Erasmus Reinhold 8 exprimera l'espoir de voir l'astronomie restaurée par celui qu'il appelle un nouveau Ptolémée (d’après A. Koyré 1934). Ces astronomes appartenaient à l’université allemande luthérienne de Wittenberg (Saxe) créée par Mélanchton, collaborateur de Luther.

La Narratio prima expose en détail les bases de la méthode de Copernic et les justifications à partir des observations :

« Premièrement, la précession indubitable des équinoxes et la variation de l’obliquité de l’écliptique ont conduit mon maître à admettre que la mobilité de la Terre pouvait produire la plupart des apparences célestes ou, du moins, les sauver de façon très satisfaisante.

… En sixième et dernier lieu, ceci surtout a déterminé mon savant maître : il voyait la cause principale de toute incertitude en astronomie dans le fait que (puisse le divin Ptolémée, père de l’astronomie, me permettre de le dire) les savants en cette science ont mis peu de rigueur à conformer leurs théories et leur modes de correction du mouvement des corps célestes à cette règle qui veut que l’ordre et les mouvements des orbes célestes constituent un système absolument parfait.

… Aristote dit : "Ce qui est cause de la vérité qui réside dans les êtres dérivés est la vérité par excellence". C’est ainsi que mon maître a jugé qu’il devait adopter des hypothèses qui contiennent les raisons capables de confirmer la vérité des observations des siècles précédents, et qui, comme il faut l’espérer, soient cause qu’à l’avenir toutes les prédictions astronomiques sur les apparences soient vraies ». (Narratio prima)

Georg Joachim Rheticus

À son retour à Wittenberg en octobre 1541, Rheticus reprit son enseignement de mathématique et d'astronomie, sans avoir à souffrir de son éloge de la théorie copernicienne. Il fut même élu doyen ; toutefois, il n'enseignera pas l'astronomie copernicienne et son cours sera consacré à l'astronomie d'al-Farghani et à l’Almageste de Ptolémée.

La diffusion de l’héliocentrisme est donc assurée à cette époque auprès des savants, mais on ne l’enseigna pas dans les universités où l’on professa encore le géocentrisme de Ptolémée. En France, Montaigne en 1533 connaissait déjà la théorie de Copernic et y était favorable. La liberté des chercheurs était assurée, même pour diffuser des interprétations différentes de celles des institutions, de nos jours la situation est assez différente dans la recherche.

En Italie

Des membres éminents de la hiérarchie catholique étaient ouvertement favorables à l’héliocentrisme de Copernic et l’avaient pressé de publier ses travaux. Il fut réticent pendant plus de trente ans ; sa première publication, en latin, avait atteint l’Italie. Les papes de la Renaissance encourageaient les arts et les sciences. Clément VII9 avait été informé des travaux de Copernic par son secrétaire particulier, à qui il offrit en reconnaissance en 1533 un manuscrit grec. En 1536, le cardinal-archevêque de Capoue Nikolaus von Schönberg pressa Copernic de publier ses recherches :

Nicolas Schönberg Cardinal de Capoue, à Nicolas Copernic.

Comme depuis quelques années déjà je n'entendais de toute part que des louanges de ton génie, je commençai de t'avoir en haute estime, et d'en féliciter nos contemporains parmi lesquels tu te couvres d'une telle gloire. Car j'ai appris que, non seulement tu connais admirablement les découvertes des anciens mathématiciens, mais que même tu as constitué une nouvelle doctrine du monde, selon laquelle la Terre se meut tandis que le Soleil occupe le lieu le plus bas et, par conséquent, le plus central de l'Univers ; que le huitième ciel demeure fixe et éternellement immobile ; et que la Lune, avec les éléments inclus dans sa sphère, se meut autour du Soleil en un parcours annuel situé entre les cieux de Mars et de Vénus ; que de tout ce système astronomique tu as composé des Commentaires et, ayant soumis au calcul les mouvements des astres errants, composé des tables à la grande admiration de tous. C'est pourquoi, homme très docte, je te demande de la manière la plus instante — à moins que je ne t'importune — de communiquer aux savants cette tienne découverte, et de m'envoyer aussi rapidement que possible les fruits de tes méditations nocturnes sur la sphère du monde, avec les tables, et tout ce que tu pourrais avoir encore concernant ce sujet. Et j'ai chargé Théodore de Reden de faire copier tout cela et de me le faire envoyer à mes frais. Et si tu veux faire ainsi que je le désire, tu verras que tu as affaire à un homme qui tient ton nom en très haute estime et qui est plein de désir de rendre justice à ton génie. Au revoir.

Rome, le 1er novembre 1536.

Copernic avait refusé pendant 36 ans de publier la somme de ses travaux, mais il céda finalement à la demande du Cardinal et consacra le livre au nouveau pape Paul III, avec une préface dans laquelle il explique les réticences qu’il avait eues quant à la publication :

Extrait de la préface de Copernic :

AU TRÈS SAINT PÈRE LE PAPE PAUL III

Je puis fort bien m’imaginer, Très Saint Père, que, dès que certaines gens sauront que, dans ces livres que j'ai écrits sur les révolutions des sphères du monde, j'attribue à la Terre certains mouvements, ils clameront qu'il faut tout de suite nous condamner, moi et cette mienne opinion. Or, les miennes ne me plaisent pas au point que je ne tienne pas compte du jugement des autres. Et bien que je sache que les pensées du philosophe ne sont pas soumises au jugement de la foule, parce que sa tâche est de rechercher la vérité en toutes choses, dans la mesure où Dieu le permet à la raison humaine, j’estime néanmoins que l’on doit fuir les opinions entièrement contraires à la justice et à la vérité. C’est pourquoi, lorsque je me représentais à moi-même combien absurde vont estimer cette̕ ceux qui savent être confirmée par le jugement des siècles l’opinion que la Terre est immobile au milieu du ciel comme son centre, si par contre j’affirme que la Terre se meut : je me demandais longuement si je devais faire paraître mes commentaires, écrits pour la démonstration de son mouvement ; ou, au contraire, s’il n’était pas mieux de suivre l’exemple des Pythagoriciens et de certains autres, qui – ainsi que le témoigne l’épître de Lysis à Hipparque – avaient l’habitude de ne transmettre les mystères de la philosophie qu’à leurs amis et leurs proches, et ce non par écrit, mais oralement seulement.