Histoire des sciences

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DavidS´en´echal HISTOIRE DES SCIENCES NOTESDECOURS (PHQ-399) Universit´edeSherbrooke Facult´edesSciences D´ecembre2004HISTOIRE DES SCIENCES NOTESDECOURS (PHQ-399) par DavidS´en´echal Professeur D´epartementdephysique Facult´edesSciences Universit´edeSherbrooke D´ecembre2004 c 2004, David S´en´echal, Facult´e des Sciences, Universit´e de Sherbrooke. Tous droits r´eserv´es.TabledesMati`eres Prologue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2.Lesorigines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2.1. Science ou Magie? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2.2. L’origine des civilisations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1. La pr´ehistoire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2. L’apparition de la civilisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 3. L’ˆage du fer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 ´2.3. L’Egypte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.4. La M´esopotamie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 3.Lasciencegrecque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 3.1. G´en´eralit´es sur la science grecque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 ´1. Etendue de la civilisation grecque dans l’histoire . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2. Le probl`eme des sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 3. Caract`ere de la science grecque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 3.2. Les pr´esocratiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1. Les premiers philosophes ioniens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2. Les Pythagoriciens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 3. Autres ´ecoles philosophiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 3.3. La p´eriode classique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1. Platon et son ´ecole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2. Eudoxe de Cnide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 3. Aristote . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 3.4. La m´edecine grecque classique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 3.5. La p´eriode hell´enistique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 1. Math´ematiciens et m´ecaniciens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2. Astronomes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 3. M´edecins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 3.6. Le d´eclin de la science antique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 iii4.L’Orientetlemoyen-ˆage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 4.1. La Chine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 4.2. L’Inde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 4.3. Le monde arabe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 4.4. Le moyen-ˆage occidental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 1. Qu’est-ce que le moyen-age?ˆ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 2. P´en´etration en Occident de la science gr´eco-arabe . . . . . . . . . . . . . . . 60 3. Les universit´es et la scolastique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 4. Foi et raison . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 5. Roger Bacon et la m´ethode scientifique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 5.Lar´evolutionscientifique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 5.1. L’alg`ebre et le calcul infinit´esimal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 1. Les logarithmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 2. La notation alg´ebrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 3. Les ´equations alg´ebriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 4. La g´eom´etrie analytique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 5. Analyse combinatoire et probabilit´es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 6. Le calcul infinit´esimal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 5.2. La r´evolution copernicienne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 1. Copernic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 2. Tycho Brah´e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 3. Kepler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 4. Galil´ee . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 5.3. La naissance de la m´ecanique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 1. Stevin et la statique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 2. Les travaux de Galil´ee . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 3. Descartes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 4. Huygens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 5. Newton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 5.4. La naissance de la m´ethode exp´erimentale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 6.Lumi`ere,´electromagn´etismeetrelativit´e . . . . . . . . . . . . . . . . 99 6.1. Visions de la lumi`ere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 1. Les anciens, la lumi`ere et la vision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 2. Diffraction et dispersion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 3. La th´eorie corpusculaire de Newton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 4. La th´eorie ondulatoire de Huygens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 5. Nouveaux ph´enom`enes et affirmation de la th´eorie ondulatoire . . . . . . . . . . 106 6.2. L’´electricit´e et le magn´etisme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 1. Les observations qualitatives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 2. Les lois math´ematiques de l’´electricit´e et du magn´etisme . . . . . . . . . . . . 111 3. Faraday et Maxwell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 ´4. Electromagn´etisme et technologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 6.3. La relativit´e restreinte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 iv7.Chaleuret´energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 7.1. Chaleur et temp´erature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 7.2. Les lois des gaz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 1. La pression atmosph´erique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 2. Pression, volume et temp´erature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 7.3. La machine a` vapeur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 7.4. La thermodynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 1. Sadi Carnot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 ´2. Energie et entropie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 3. L’interpr´etation statistique et la th´eorie cin´etique des gaz . . . . . . . . . . . . 139 8.Lar´evolutionchimique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 8.1. Les ancˆetres de la chimie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 1. L’alchimie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 2. Les artisans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 8.2. La naissance de la chimie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 1. Quelques figures des XVIIe et XVIIIe si`ecles . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 2. La composition de l’air . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 3. Lavoisier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 8.3. L’hypoth`ese atomique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 1. L’hypoth`ese atomique et l’´etude des gaz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 2. L’´electrolyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 3. Le positivisme et les atomes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 8.4. La chimie organique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 1. La synth`ese organique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 2. La st´er´eochimie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 3. La structure mol´eculaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 9.Lastructuredelamati`ere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 9.1. Lacture de l’atome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 1. Le tableau p´eriodique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 2. La spectroscopie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 3. L’´electron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 4. La m´ecanique quantique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 9.2. La radioactivit´e et le monde subnucl´eaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 1. Des rayons myst´erieux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 2. Le noyau atomique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 3. Le monde subnucl´eaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 10.L’expansiondel’Univers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 10.1. L’immensit´e de l’Univers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 1. Les instruments astronomiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 2. Le syst`eme solaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 3. Les ´echelles de distance en astronomie . . . . . . . . . . . . . . .